Kom deg bort fra byens lys, se opp, så ser du et av nattehimmelen underverk - de lyse skyet stjernene som utgjør Melkeveis galaksen. Vårt galaktiske hjem er stort og vakkert, men det gjenstår mange mysterier om det.
For eksempel, til tross for flere tiår med forsøk, har astronomer ennå ikke bestemt nøyaktig hvor mye galaksen vår veier, med anslag som varierer fra hvor som helst mellom 700 milliarder og 2 billioner ganger solenes masse.
Å veie en galakse, spesielt mens du bor i den, er ingen enkel oppgave. "Det er som å prøve å ta en folketelling for den amerikanske befolkningen, men du kan ikke bruke internett og du kan ikke forlate byen du bor i," sa astronom Ekta Patel ved University of Arizona i Tucson til Live Science. Ingen kan feste Melkeveien i en kosmisk skala og bare lese opp resultatet.
En del av problemet er at mesteparten av en galakas masse er usynlig. Mørk materie, et gåtefullt stoff som ikke gir noe lys av noe slag, utgjør rundt 85 prosent av Melkeveien vår, sa Patel. Så bare å telle stjernene i galaksen vår kommer deg ikke så langt.
Derfor ser forskere vanligvis på bane til en himmelsk gjenstand, sa Patel. Metoden er basert på tyngdekompensasjonene avledet av Isaac Newton for mer enn 300 år siden, som forteller deg at hastigheten og avstanden som et mindre legeme roterer rundt en større er relatert til massen til den større gjenstanden.
En metode, brukt i en studie fra 2017 publisert i The Astrophysical Journal, er å se på små satellittgalakser hundretusenvis av lysår unna som går rundt Melkeveien akkurat som planeter kretser om en stjerne. Men det er et problem med disse satellittgalakiene. "Banene deres er milliarder av år lange," sa Patel, noe som betyr at de etter noen korte år knapt vil ha bukket, og forskere kan ikke lett bestemme omløpshastigheten deres.
I en studie publisert i juni 2018 i The Astrophysical Journal, prøvde Patel og hennes kolleger en ny metode for å veie galaksen. De så på superdatasimuleringer av virtuelle universer, som kan gjengi mange aspekter av kosmos vårt, og prøvde å finne eksempler på små galakser som går i bane rundt større.
Omtrent 90 000 av disse simulerte satellittgalakene ble deretter sammenlignet med data om ni virkelige galakser som kretser om Melkeveien. Teamet plukket ut de som orbitalegenskapene nærmest stemte overens med de virkelige satellittgalakser og så på massen til den simulerte galaksen de gikk rundt.
Dette ga dem et ganske godt estimat av vår galakas sanne masse, som klokket inn til 960 milliarder ganger solens masse. Patel sa at resultatet hennes ligger fint i midten av de fleste tidligere, selv om det fortsatt er rom for større presisjon. Dette vil trolig komme fra Det europeiske romfartsorganets Gaia-satellitt, som nylig ga ekstremt gode målinger av orbitalegenskapene til 30 svake dverggalakser som kretser om Melkeveien. Å bruke disse dataene sammen med de kosmologiske simuleringene for å finjustere vektmålingen er "på oppgavelisten min," sa Patel.
Nylig kombinerte NASAs Hubble-romteleskop og Det europeiske romfartsorganets Gaia-satellitt sine observasjoner av kuleklynger, eller øyer av stjerner som går i bane rundt galaksehjertet, og fant ut at Melkeveien veier omtrent 1,5 billioner solmasser. Dette tallet, som kan være et av de mest nøyaktige, vil snart bli publisert i en kommende utgave av The Astrophysical Journal.
Å kjenne til galaksens masse ville hjelpe astronomer med mange ting, sa Patel. For det første vil astronomer kunne beregne banene til satellittgalakser bedre siden disse er avhengig av Melkeveiens masse. Tyngre galakser har også flere satellitter som kretser rundt dem, og hittil har teleskoper oppdaget omtrent 50 galakser som går rundt Melkeveien. Siden vi ikke vet nøyaktig hvor mye galaksen veier, er forskere usikker på nøyaktig hvor mange satellittgalakser de bør forvente å finne. Endelig vil Melkeveiens virkelige vekt hjelpe forskere å vite hvilken andel av dens masse som er mørk materie kontra vanlig materie.
Patel er håpefull om at fremtidige studier og bedre data til slutt vil slå fast dette unnvikende ukjente.
"Jeg tror at de neste 10 eller 20 årene vil vi ha et bedre svar," sa hun.
Redaktørens merknad: Denne historien ble opprinnelig publisert 4. september 2018. Den ble oppdatert 7. mars 2019 klokken 01:30. E.T å inkludere et tilleggsestimat av Melkeveiens masse, hentet fra observasjoner samlet av NASAs Hubble-romteleskop og Det europeiske romfartsorganets Gaia-satellitt.
