Astronomové se stále snaží změřit hmotnost Mléčné dráhy a stále přicházejí na různá čísla. Ale není to tak, že by byli v matematice špatní. Měření hmotnosti něčeho tak obrovského, jako je Mléčná dráha, je matoucí. Navíc jsme do toho začleněni; k omezení jeho hmotnosti je třeba velmi chytrého manévrování.
Hmotnost Mléčné dráhy je základní vědecká otázka, na kterou se astronomové snaží odpovědět už desítky let. Problém je, že i nejlepší odhady astronomů se velmi liší. Potíž nevyvstává z měření hmotnosti samotných hvězd. Pochází z výzvy měření temné hmoty.
Nevíte, co je temná hmota? Dobře, Universe Today je tu, aby vám pomohl. (Pokud víte, co to je, můžete přeskočit další část.)
Povinné 'Co je temná hmota?' Část
Za prvé, temná hmota je hypotetická. vlastně nevíme, co to je. Ale víme, že tam je, nebo spíše víme, že tam něco je.
Věci, které můžeme vidět a s nimiž můžeme interagovat, jsou vyrobeny z toho, čemu se říká „baryonová hmota.“ Skládá se z atomů a je to všechno, co známe: Naše těla, planety, hvězdy, Kim Čong-unovy brýle atd. baryonická hmota tvoří pouze asi 10-15 % hmoty ve vesmíru.
Brýle Kim Čong-una jsou vyrobeny z baryonové hmoty. On také. Takže jsi. Obrazový kredit: Korea.net (oficiální webové stránky Korejské republiky) – https://www.flickr.com/photos/koreanet/41731170961, KOGL Type 1, https://commons.wikimedia.org/w/index .php?curid=70893523
Myslíme si, že temná hmota tvoří asi 85–90 % hmoty ve vesmíru. Liší se od běžné hmoty, protože neinteraguje se světlem a my ho nevidíme. Proto se tomu říká temná hmota.
Ale víme, že tam je, protože galaxie se chovají, jako by měly mnohem větší hmotnost, než můžeme vidět. Náznak, že to tam je, je v gravitaci. Galaxie musí mít větší hmotnost, a tedy i větší gravitaci, než můžeme vidět v jejich běžné hmotě, jinak by se prostě rozletěly. Jejich hmota a gravitace je drží pohromadě.
Krátká verze je taková, že věci prostě nemohou být takové, jaké jsou, pokud tam nebylo mnohem více hmoty, než jsme schopni změřit.
Je to opravdu těžké měřit
'Jen nemůžeme přímo detekovat temnou hmotu.'
Laura Watkins, Evropská jižní observatoř
'Jen nemůžeme přímo detekovat temnou hmotu,“ vysvětluje Laura Watkins (Evropská jižní observatoř, Německo), která vedla tým provádějící analýzu. “To vede k současné nejistotě v hmotnosti Mléčné dráhy – nemůžete přesně změřit to, co nevidíte!'
Jak tedy můžeme měřit něco, co nevidíme? Astronomové jsou zaneprázdněni měřením vlivu temné hmoty a pak jaksi zpětně. Ale i přes veškeré úsilí vynaložené na to se odhady velmi liší, od pouhých 500 miliard násobků hmotnosti našeho Slunce až po 3 biliony násobku hmotnosti našeho Slunce. To je obrovský rozpor a skutečně nepříjemný problém v astronomii. A je to kvůli obtížnosti měření veškeré temné hmoty.
Nyní a nové studium pod vedením Laury Watkins z Evropské jižní observatoře si myslí, že se zatím nejvíce přiblížili měření temné hmoty, a tím i celé hmoty Mléčné dráhy. Jejich počet?
Říká se, že Mléčná dráha obsahuje 1,5 bilionu krát větší hmotnost než naše Slunce, neboli 1,5 bilionu slunečních hmot, v okruhu 125 000 světelných let od galaktického středu.
Studie se opírá o druhé zveřejnění dat od Evropské vesmírné agentury Mise Gaia . Autoři to spojili s pozorováními z dříče Hubble Space Telescope.
Kosmická loď Gaia ESA. Gaia měří polohy miliard hvězd s větší přesností než kdykoli předtím. Kredit obrázku:
ESA / ATG medialab
Pojďme se podívat na to, jak astronomové měří hmotnost Mléčné dráhy.
Astronomové nemohou jen vzít vzorová měření hvězd a pak extrapolovat. To nefunguje, protože nevidí celou temnou hmotu. Takže měří jiné věci. A díky misi Gaia už pro ně byla provedena spousta měření.
Vstupte do Gaia a Globulárních hvězdokup
Gaia je posláním ESO vytvořit 3D mapu Mléčné dráhy. Je to ambiciózní mise, ale přinesla skvělé výsledky. Gaia změřila polohovou a radiální rychlost asi jedné miliardy hvězd v Mléčné dráze a v Místní skupina . To je asi jedno procento hvězd v naší galaxii. To nemusí znít jako mnoho, ale přesnost měření je také opravdu důležitá, zejména pokud jde o měření temné hmoty.
Některé z přibližně jedné miliardy hvězd, které Gaia naměřila, jsou v kulových hvězdokupách, které jsou blízko Mléčné dráhy. Kulové hvězdokupy jsou sférické sbírky hvězd a kolem Mléčné dráhy jich obíhá asi 150. A co je nejdůležitější, čím hmotnější je galaxie, tím rychleji kulové hvězdokupy obíhají. A Gaia nám poskytla přesnější měření jejich rychlosti než kdykoli předtím.
N. Wyn Evans, University of Cambridge, Spojené království.
'Čím hmotnější je galaxie, tím rychleji se její kupy pohybují vlivem gravitace.'
'Čím hmotnější je galaxie, tím rychleji se její kupy pohybují vlivem gravitace“ vysvětluje N. Wyn Evans (University of Cambridge, UK). “Většina předchozích měření zjistila rychlost, s jakou se kupa přibližuje nebo vzdaluje od Země, to je rychlost podél naší přímky. Podařilo se nám však změřit i boční pohyb kup, ze kterého lze vypočítat celkovou rychlost a následně i galaktickou hmotnost.'
Snímek kulové hvězdokupy NGC 4147 z Hubbleova vesmírného dalekohledu, jedné z hvězdokup použitých k měření hmotnosti Mléčné dráhy v této nové studii. NGC 4147 je od Země vzdálena asi 60 000 světelných let. Kredit obrázku:
ESA / Hubble & NASA, T. Sohn a kol.
Hubble pomáhá
Čím dále je kulová hvězdokupa vzdálena, tím více nám vypovídají o hmotnosti Mléčné dráhy. Přestože Gaia poskytla extrémně přesná měření rychlosti hvězdokup, byl to úctyhodný Hubbleův vesmírný dalekohled, který měřil kupy vzdálené až 130 000 světelných let od Země, což novému měření hmotnosti Mléčné dráhy přidalo velkou přesnost.
'Globální kupy se rozprostírají do velké vzdálenosti, takže jsou považovány za nejlepší stopovací prvky, které astronomové používají k měření hmotnosti naší galaxie.“ řekl Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), který vedl měření na HST.
'Měli jsme štěstí, že máme tak skvělou kombinaci dat,“ vysvětlil Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). “Kombinací měření 34 kulových hvězdokup Gaia s měřeními 12 vzdálenějších hvězdokup z Hubbleova teleskopu bychom mohli určit hmotnost Mléčné dráhy způsobem, který by bez těchto dvou vesmírných dalekohledů nebyl možný.'
Proč na tom záleží
tak co teď?
Hmota Mléčné dráhy je víc než jen kuriozita, je to vnitřní a důležitá součást mnohem větších otázek. Obsah temné hmoty v galaxii je spojen s tvorbou a růstem struktur ve vesmíru.
Toto přesnější měření hmotnosti Mléčné dráhy nám pomáhá pochopit naši domovskou galaxii a její místo ve vesmíru.
Není špatné.
Prameny:
- Výzkumný papír: Důkaz pro středněhmotnou Mléčnou dráhu z Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions
- Tisková zpráva: Hubble a Gaia přesně váží Mléčnou dráhu