For å være tydelig, er det ingen enkel oppgave å bestemme massen til Melkeveisgalaksen. På den ene siden er observasjoner vanskelige fordi solsystemet ligger dypt inne i selve galaksen. Men samtidig er det også massen til galakas mørke materie-glorie, som er vanskelig å måle siden den ikke er "lysende", og derfor usynlig for konvensjonelle påvisningsmetoder.
Nåværende estimater av galakas totale masse er basert på bevegelsene til tidevannsstrømmer av gass og kuleklynger, som begge er påvirket av galaksjans gravitasjonsmasse. Men så langt har disse målingene produsert massestimeringer som spenner fra en til flere billioner solmasser. Som professor Loeb forklarte til Space Magazine via e-post, er det nøyaktig å måle massen på Melkeveien av stor betydning for astronomer:
“Melkeveien gir et laboratorium for å teste den standard kosmologiske modellen. Denne modellen spår at antall satellittgalakser på Melkeveien avhenger sensitivt av dens masse. Når du sammenligner spådommene med folketellingen for kjente satellittgalakser, er det viktig å kjenne melkeveiemassen. Videre kalibrerer den totale massen mengden av usynlig (mørkt) materiale og setter dybden på gravitasjonspotensialet godt og antyder hvor raskt skal stjerner bevege seg for at de skal rømme til intergalaktisk rom.
For studiens skyld valgte derfor prof. Loeb og Dr. Fragione å ta en ny tilnærming, som innebar modellering av bevegelsene til HVS-er for å bestemme massen til vår galakse. Mer enn 20 HVS-er har blitt oppdaget i vår galakse så langt, som kjører i hastigheter på opptil 700 km / s (435 mi / s) og ligger i avstander fra 100 til 50 000 lysår fra det galaktiske sentrum.
Disse stjernene antas å ha blitt kastet ut fra sentrum av vår galakse takket være interaksjonen mellom binære stjerner med det supermassive sorte hullet (SMBH) i sentrum av vår galakse - aka. Skytten A *. Mens deres eksakte årsak fortsatt er gjenstand for debatt, kan banene til HVS-er beregnes siden de er helt bestemt av tyngdekraftsfeltet i galaksen.
Som de forklarer i studien, brukte forskerne asymmetrien i den radielle hastighetsfordelingen av stjerner i den galaktiske glorie for å bestemme galakas gravitasjonspotensial. Hastigheten til disse halo-stjernene er avhengig av potensiell rømningshastighet for HVS-er, forutsatt at tiden det tar for HVS-ene å fullføre en enkelt bane er kortere enn halo-stjernenes levetid.
Fra dette klarte de å skille mellom forskjellige modeller for Melkeveien og tyngdekraften den utøver. Ved å ta i bruk den nominelle reisetiden for disse observerte HVS-ene - som de beregnet til om lag 330 millioner år, omtrent det samme som den gjennomsnittlige levetiden til glorie stjerner - kunne de utlede gravitasjonsestimater for Melkeveien som muliggjorde estimater for dens totale masse .
"Ved å kalibrere minimumshastigheten for ubundne stjerner, finner vi ut at melkeveiemassen er i området 1,2-1,9 billioner solmasser," sa Loeb. Selv om det fremdeles er underlagt en rekke områder, er dette siste estimatet en betydelig forbedring i forhold til tidligere estimater. Dessuten er disse estimatene i samsvar med våre nåværende kosmologiske modeller som prøver å redegjøre for all synlig materie i universet, så vel som mørk materie og mørk energi - Lambda-CDM-modellen.
"Den utledede melkeveiemassen er innenfor det forventede området innenfor den standard kosmologiske modellen," sa Leob, "hvor mengden mørk materie er omtrent fem ganger større enn for vanlig (lysende) materie."
Basert på dette sammenbruddet kan det sies at normal materie i vår galakse - dvs. stjerner, planeter, støv og gass - utgjør mellom 240 og 380 milliarder solmasser. Så ikke bare gir denne siste studien mer presise massebegrensninger for galaksen vår, den kan også hjelpe oss med å bestemme nøyaktig hvor mange stjernesystemer som er der ute - nåværende estimater sier at Melkeveien har mellom 200 til 400 milliarder stjerner og 100 milliarder planeter .
Utover det er denne studien også viktig for studiet av kosmisk dannelse og evolusjon. Ved å legge mer presise estimater på vår galakas masse, de som er i samsvar med dagens fordeling av normal materie og mørk materie, vil kosmologer kunne konstruere mer nøyaktige beretninger om hvordan universet vårt ble. Et skritt er mer viktig å forstå universet på den største skalaen!
