Astronómovia sa stále snažia zmerať hmotnosť Mliečnej dráhy a prichádzajú s rôznymi číslami. Ale to nie je tak, že sú zlí v matematike. Meranie hmotnosti niečoho tak obrovského ako Mliečna dráha je mätúce. Navyše sme v ňom zabudovaní; jeho premáhanie si vyžaduje veľmi dômyselné manévrovanie.
Hmota Mliečnej dráhy je základnou vedeckou otázkou, na ktorú sa astronómovia snažia odpovedať už desaťročia. Problém je, že aj najlepšie odhady astronómov sa veľmi líšia. Ťažkosti nevyplývajú z merania hmotnosti samotných hviezd. Vychádza z výzvy merania temnej hmoty.
Nevieš, čo je temná hmota? Dobre, Space Magazine je tu, aby vám pomohol. (Ak viete, čo to je, môžete preskočiť ďalšiu časť.)
Povinné „Čo je temná hmota?“ časť
Po prvé, temná hmota je hypotetická. Nevieme, čo to je. Ale my vieme, že je tam, alebo skôr vieme, že niečo je.
Veci, ktoré vidíme a pracujeme s nimi, sa vyrábajú z toho, čo sa nazýva „baryonická hmota“. Je vyrobená z atómov a zo všetkého, čo poznáme: Naše telá, planéty, hviezdy, okuliare Kim Jong-un, atď. baryonická hmota tvorí iba asi 10 - 15% hmoty vo vesmíre.
Myslíme si, že temná hmota tvorí asi 85 - 90% hmoty vo vesmíre. Odlišuje sa od bežných vecí, pretože neinteraguje so svetlom a my to nevidíme. Preto sa tomu hovorí temná hmota.
Ale my vieme, že je to tak, pretože galaxie sa správajú, akoby mali omnoho viac hmoty, ako môžeme vidieť. Naznačuje, že je v gravitácii. Galaxie musia mať väčšiu hmotu, a teda väčšiu gravitáciu, ako môžeme vidieť v ich bežných záležitostiach, inak by sa jednoducho rozpadli. Ich hmotnosť a gravitácia ich drží pohromade.
Krátka verzia je, že veci jednoducho nemôžu byť také, aké sú, pokiaľ nebolo omnoho viac hmotnosti, ako sme schopní zmerať.
Je to naozaj ťažké merať
“Nemôžeme priamo zistiť tmavú hmotu.”
Laura Watkins, Európske južné observatórium
“Nemôžeme priamo zistiť tmavú hmotu,“Vysvetľuje Laura Watkins (Európske južné observatórium, Nemecko), ktorá viedla tím, ktorý analýzu vykonával. "To vedie k súčasnej neistote v hmote Mliečnej dráhy - nemôžete presne zmerať to, čo nemôžete vidieť!“
Ako teda môžeme zmerať niečo, čo nevidíme? Astronómovia sa zaneprázdňovali meraním účinku temnej hmoty a potom nejakou prácou späť. Ale aj pri všetkom vynaloženom úsilí sa odhady veľmi líšia, od 500 miliárd násobku hmotnosti nášho Slnka až po 3 bilióny násobok hmotnosti nášho Slnka. Je to obrovský rozpor a skutočný nepríjemný problém v astronómii. A je to kvôli ťažkosti s meraním všetkej tmavej hmoty.
Nová štúdia vedená Laurou Watkinsovou z Európskeho južného observatória si teraz myslí, že sa ešte priblížili k meraniu temnej hmoty, a teda celej hmotnosti Mliečnej dráhy. Ich počet?
Hovorí sa, že Mliečna dráha obsahuje 1,5 bilióna krát toľko hmoty ako naše Slnko alebo 1,5 bilióna slnečných hmôt v okruhu 125 000 svetelných rokov od galaktického centra.
Štúdia sa opiera o druhé zverejnenie údajov z misie Európskej vesmírnej agentúry v oblasti Gaia. Autori ju skombinovali s pozorovaniami z diela Hubble Space Telescope.
Poďme sa pustiť do toho, ako astronómovia merajú hmotnosť Mliečnej dráhy.
Astronómovia nemôžu robiť iba vzorky meraní hviezd a potom extrapolovať. Toto nefunguje, pretože nemôžu vidieť všetku temnú hmotu. Takže merajú iné veci. A vďaka misii Gaia pre nich už bolo vykonaných veľa meraní.
Zadajte Gaia a Globular Clusters
Gaia je úlohou ESO vytvoriť 3D mapu Mliečnej dráhy. Je to ambiciózna misia, ale priniesla vynikajúce výsledky. Gaia zmerala pozičnú a radiálnu rýchlosť asi jednej miliardy hviezd v Mliečnej dráhe av miestnej skupine. Toto je asi jedno percento hviezd v našej galaxii. To nemusí znieť ako veľa, ale presnosť meraní je tiež veľmi dôležitá, najmä pokiaľ ide o meranie tmavej hmoty.
Niektoré z približne jednej miliardy hviezd, ktoré merala Gaia, sú v guľových zhlukoch, ktoré sú blízko Mliečnej dráhy. Guľové zhluky sú sférické zbierky hviezd a okolo 150 z nich obieha okolo Mliečnej dráhy. Najdôležitejšie je, že čím je galaxia hmotnejšia, tým rýchlejšia je obežná dráha guľových zhlukov. A Gaia nám poskytla presnejšie merania ich rýchlosti ako kedykoľvek predtým.
“Čím je galaxia hmotnejšia, tým rýchlejšie sa jej zhluky pohybujú pod vplyvom gravitácie.“
N. Wyn Evans, University of Cambridge, Spojené kráľovstvo.
“Čím je galaxia hmotnejšia, tým rýchlejšie sa jej zhluky pohybujú pod vplyvom gravitácie“Vysvetľuje N. Wyn Evans (University of Cambridge, UK). "Väčšina predchádzajúcich meraní zistila rýchlosť, akou sa zoskupenie blíži alebo ustupuje zo Zeme, to je rýchlosť pozdĺž nášho zorného poľa. Dokázali sme však tiež zmerať bočný pohyb zhlukov, z ktorých je možné vypočítať celkovú rýchlosť a následne galaktickú hmotu.“
Hubble pomáha
Čím ďalej je guľový klaster, tým viac nám hovoria o hmotnosti Mliečnej dráhy. Hoci Gaia poskytla extrémne presné merania rýchlosti zhlukov, bol to úctyhodný Hubbleov vesmírny teleskop, ktorý meral zhluky až do vzdialenosti 130 000 svetelných rokov od Zeme, čím sa novému meraniu hmotnosti pre Mliečnú dráhu pridala veľká presnosť.
“Globálne zoskupenia sa rozprestierajú do veľkej vzdialenosti, takže sa považujú za najlepších sledovateľov, ktoré astronómovia používajú na meranie hmotnosti našej galaxie.“Povedal Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), ktorý viedol merania Hubbleovho teleskopu.
“Mali sme šťastie, že sme mali tak skvelú kombináciu údajov,“Vysvetlil Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). "Kombináciou Gaiaových meraní 34 guľových zhlukov s meraniami 12 vzdialenejších zhlukov od Hubbleu sme mohli znížiť hmotnosť Mliečnej dráhy spôsobom, ktorý by nebol možný bez týchto dvoch vesmírnych teleskopov.“
Prečo je to dôležité
Takže čo teraz?
Hmota Mliečnej dráhy je viac ako len zvedavosť, je to vnútorná a dôležitá súčasť oveľa väčších otázok. Obsah temnej hmoty galaxie súvisí s tvorbou a rastom štruktúr vo vesmíre.
Toto presnejšie meranie hmotnosti Mliečnej dráhy nám pomáha pochopiť našu domácu galaxiu a jej miesto vo vesmíre.
Nie zlé.
Zdroj:
- Výskumná štúdia: Dôkazy o prechodnej masovej mliečnej dráhe z pohybov guľových zhlukov galaxie Gaia DR2
- Tlačová správa: Hubble a Gaia presne vážia mliečnu cestu
