Astronomer prøver å måle massen på Melkeveien, og de kommer stadig frem med forskjellige tall. Men det er ikke slik at de er dårlige i matte. Å måle massen til noe så enormt som Melkeveien er forvirrende. I tillegg er vi innebygd i det; det krever litt veldig smart manøvrering for å begrense massen.
Melkeveiens masse er et grunnleggende vitenskapelig spørsmål som astronomer har prøvd å svare på i flere tiår. Problemet er at selv astronomenes beste estimater varierer veldig. Vanskeligheten oppstår ikke ved å måle massen til stjernene selv. Det kommer fra utfordringen med å måle mørk materie.
Vet du ikke hva mørk materie er? OK, Space Magazine er her for å hjelpe. (Hvis du vet hva det er, kan du hoppe over neste avsnitt.)
Den obligatoriske "Hva er mørk materie?" Del
For det første er mørk materie hypotetisk. Vi vet ikke helt hva det er. Men vi vet at det er der, eller rettere sagt at vi vet at det er der.
Tingene vi kan se og samhandle med er laget av det som kalles 'baryonisk materie.' Den er laget av atomer og det er alle tingene vi er kjent med: kroppene våre, planetene, stjernene, Kim Jong-uns briller, etc. baryonic materie utgjør bare ca 10-15% av materien i universet.
Vi tror at mørk materie utgjør omtrent 85-90% av saken i universet. Det er forskjellig fra vanlig materie fordi det ikke samhandler med lys og vi ikke kan se det. Det er derfor det kalles mørk materie.
Men vi vet at det er der fordi galakser oppfører seg som om de har mye mer masse enn vi kan se. Antydningen om at det er der er i alvoret. Galakser må ha mer masse, og dermed mer tyngdekraft, enn vi kan se i deres vanlige materie, ellers vil de bare fly fra hverandre. Deres masse og tyngdekraft holder dem sammen.
Den korte versjonen er at ting bare ikke kunne være slik de er, med mindre det var mye mer masse enn vi kan måle.
Det er virkelig vanskelig å måle
“Vi kan bare ikke oppdage mørk materie direkte.”
Laura Watkins, European Southern Observatory
“Vi kan bare ikke oppdage mørk materie direkte,”Forklarer Laura Watkins (European Southern Observatory, Tyskland), som ledet teamet som utførte analysen. “Det er det som fører til den nåværende usikkerheten i Melkeveiens masse - du kan ikke måle nøyaktig hva du ikke kan se!“
Så hvordan kan vi måle noe vi ikke kan se? Astronomer opptatt med å måle effekten av mørk materie og deretter slags arbeid bakover. Men selv med all innsatsen som er lagt ned i det, varierer estimatene vilt, fra så lavt som 500 milliarder ganger massen til Solen vår, opp til 3 billioner ganger massen til Solen vår. Det er et enormt avvik, og et virkelig irriterende problem innen astronomi. Og det er på grunn av vanskeligheten med å måle all den mørke saken.
Nå tror en ny studie ledet av Laura Watkins fra European Southern Observatory at de har kommet nærmest ennå for å måle den mørke saken, og derav hele massen, av Melkeveien. Antallet deres?
De sier at Melkeveien inneholder 1,5 billion ganger ganger så mye masse som vår Sol, eller 1,5 billioner solmasser, innenfor en radius på 125 000 lysår fra det galaktiske sentrum.
Studien er avhengig av den andre datautgivelsen fra European Space Agency's Gaia-oppdrag. Forfatterne kombinerte det med observasjoner fra arbeidshesten Hubble Space Telescope.
La oss komme inn i tarmen til hvordan astronomer måler Melkeveiens masse.
Astronomer kan ikke bare ta prøvemålinger av stjerner og deretter ekstrapolere. Det fungerer ikke fordi de ikke kan se all den mørke saken. Så de måler andre ting. Og takket være Gaia-oppdraget er det allerede gjort en rekke målinger for dem.
Gå inn i Gaia og Globular Clusters
Gaia er ESOs oppdrag å lage et 3D-kart over Melkeveien. Det er et ambisiøst oppdrag, men det har gitt gode resultater. Gaia har målt posisjons- og radialhastigheten til omtrent en milliard av stjernene i Melkeveien og i den lokale gruppen. Dette er omtrent en prosent av stjernene i galaksen vår. Det høres kanskje ikke ut som mye, men nøyaktigheten til målingene er også veldig viktig, spesielt når det gjelder måling av mørk materie.
Noen av de omtrent en milliard stjernene som Gaia målte, befinner seg i de kuleklyngene som er i nærheten av Melkeveien. Globular klynger er sfæriske stjerner av stjerner, og der rundt 150 av dem går i bane rundt Melkeveien. Det viktigste er at jo mer massiv galaksen er, jo raskere går den kule klyngen. Og Gaia har gitt oss mer nøyaktige målinger av hastigheten deres enn noensinne.
“Jo mer massiv en galakse, desto raskere beveger klyngene seg under tyngdekraften.“
N. Wyn Evans, University of Cambridge, Storbritannia.
“Jo mer massiv en galakse, desto raskere beveger klyngene seg under tyngdekraften”Forklarer N. Wyn Evans (University of Cambridge, UK). “De fleste tidligere målinger har funnet hastigheten som en klynge nærmer seg eller går tilbake fra Jorden, det vil si hastigheten langs vår siktlinje. Imidlertid kunne vi også måle sidebevegelsen til klyngene, hvorfra den totale hastigheten, og følgelig den galaktiske massen, kan beregnes.“
The Hubble Helps Out
Jo lenger borte den kuleklyngen er, jo mer forteller de oss om Melkeveiens masse. Selv om Gaia ga de ekstreme nøyaktige hastighetsmålingene av klyngene, var det det ærverdige Hubble-romteleskopet som målte klynger så langt unna som 130.000 lysår fra Jorden, og tilførte en stor grad av nøyaktighet til den nye massemåling for Melkeveien.
“Globale klynger strekker seg ut i stor avstand, så de regnes som de beste sporer astronomene bruker for å måle massen til galaksen vår”Sa Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), som ledet Hubble-målingene.
“Vi var heldige som hadde en så flott kombinasjon av data,”Forklarte Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). “Ved å kombinere Gaias målinger av 34 kuleklynger med målinger av 12 fjernere klynger fra Hubble, kunne vi feste melkemassen på en måte som ville være umulig uten disse to romteleskopene.“
Why It Matters
Så hva nå?
Melkeveiens masse er mer enn bare en nysgjerrighet, det er en iboende og viktig del av mye større spørsmål. Innholdet av mørk stoff i en galakse er knyttet til dannelsen og veksten av strukturer i universet.
Denne mer nøyaktige målingen av Melkeveiens masse hjelper oss med å forstå vår hjemmegalakse og dens plass i kosmos.
Ikke verst.
Kilder:
- Forskningsartikkel: Bevis for en melkevei fra mellomliggende masse fra Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions
- Pressemelding: Hubble og Gaia Vekt melkeveien nøyaktig
