Je jasné, že určenie hmotnosti Galaxie Mliečnej dráhy nie je jednoduchá úloha. Na jednej strane sú pozorovania ťažké, pretože slnečná sústava leží hlboko v disku samotnej galaxie. Zároveň však existuje aj hmota haldy temnej hmoty našej galaxie, ktorú je ťažké merať, pretože nie je „svetelná“, a preto neviditeľná pre bežné metódy detekcie.
Súčasné odhady celkovej hmotnosti galaxie sú založené na pohyboch prílivových prúdov plynu a guľových zhlukov, ktoré sú ovplyvnené gravitačnou hmotnosťou galaxie. Doteraz však tieto merania viedli k odhadom hmotnosti, ktoré sa pohybujú od jedného do niekoľkých biliónov slnečných hmôt. Ako profesor Loeb vysvetlil časopisu Space Magazine e-mailom, pre astronómov je veľmi dôležité presné meranie hmotnosti Mliečnej dráhy:
„Mliečna dráha poskytuje laboratórium na testovanie štandardného kozmologického modelu. Tento model predpovedá, že počet satelitných galaxií Mliečnej dráhy citlivo závisí od jej hmotnosti. Pri porovnávaní predpovedí a sčítania známych satelitných galaxií je nevyhnutné poznať hmotnosť Mliečnej dráhy. Okrem toho celková hmota kalibruje množstvo neviditeľnej (tmavej) hmoty a dobre nastavuje hĺbku gravitačného potenciálu a naznačuje, ako rýchlo by sa mali pohybovať hviezdy, aby unikli do medzigalaktického priestoru. “
Loeb a Dr. Fragione sa preto kvôli štúdiu rozhodli zvoliť nový prístup, ktorý zahŕňal modelovanie pohybov HVS s cieľom určiť hmotnosť našej galaxie. Doteraz bolo v našej galaxii objavených viac ako 20 HVS, ktoré cestujú rýchlosťou do 700 km / s (435 mi / s) a sú umiestnené vo vzdialenosti asi 100 až 50 000 svetelných rokov od galaktického centra.
Predpokladá sa, že tieto hviezdy boli vyvrhnuté zo stredu našej galaxie vďaka interakciám binárnych hviezd so supermasívnou čiernou dierou (SMBH) v strede našej galaxie - aka. Strelec A *. Zatiaľ čo ich presná príčina je stále predmetom diskusie, obežné dráhy HVS sa dajú vypočítať, pretože sú úplne určené gravitačným poľom galaxie.
Ako vysvetľujú vo svojej štúdii, vedci použili asymetriu pri rozložení radiálnej rýchlosti hviezd v galaktickom halo na určenie gravitačného potenciálu galaxie. Rýchlosť týchto halo hviezd závisí od potenciálnej únikovej rýchlosti HVS za predpokladu, že čas, ktorý HVS potrebuje na dokončenie jednej obežnej dráhy, je kratší ako životnosť halo hviezd.
Z toho dokázali rozlíšiť rôzne modely Mliečnej dráhy a gravitačnú silu, ktorú uplatňuje. Prijatím nominálneho cestovného času týchto pozorovaných HVS - ktoré boli vypočítané na približne 330 miliónov rokov, približne rovnako ako priemerná životnosť halo hviezd - boli schopní odvodiť gravitačné odhady pre Mliečnú dráhu, ktoré umožňovali odhadovať jej celkovú hmotnosť. ,
"Kalibráciou minimálnej rýchlosti neviazaných hviezd zistíme, že hmotnosť Mliečnej dráhy je v rozsahu 1,2 - 1,9 biliónov slnečných hmôt," uviedol Loeb. Tento najnovší odhad je síce stále predmetom rozsahu, ale oproti predchádzajúcim odhadom je výrazným zlepšením. Navyše, tieto odhady sú v súlade s našimi súčasnými kozmologickými modelmi, ktoré sa snažia vysvetliť všetku viditeľnú hmotu vo vesmíre, ako aj temnú hmotu a temnú energiu - model Lambda-CDM.
„Odvodená hmotnosť Mliečnej dráhy je v rozsahu očakávanom v rámci štandardného kozmologického modelu,“ povedal Leob, „kde množstvo tmavej hmoty je asi päťkrát väčšie ako množstvo obyčajnej (svetelnej) hmoty.“
Na základe tohto členenia možno povedať, že normálna hmota v našej galaxii - t. J. Hviezdy, planéty, prach a plyn - predstavuje 240 až 380 miliárd slnečných hmôt. Takže táto najnovšia štúdia nielenže poskytuje presnejšiu hmotnostnú obmedzenia pre našu galaxiu, ale tiež nám môže pomôcť presne určiť, koľko hviezdnych systémov existuje - súčasné odhady hovoria, že Mliečná dráha má medzi 200 až 400 miliardami hviezd a 100 miliárd planét. ,
Okrem toho je táto štúdia dôležitá aj pre štúdium kozmickej formácie a evolúcie. Vďaka presnejším odhadom hmotnosti našej galaxie, ktoré sú v súlade so súčasným rozdelením normálnej hmoty a temnej hmoty, budú môcť kozmológovia zostaviť presnejšie správy o tom, ako vznikol náš vesmír. Jeden krok sa prikloní k pochopeniu vesmíru na tých najväčších mierkach!
