Astronomer forsøger fortsat at måle Mælkevejen og de kommer med forskellige numre. Men det er ikke, at de er dårlige til matematik. Det er forvirrende at måle massen af noget så enormt som Mælkevejen. Plus, vi er indlejret i det; det kræver en meget smart manøvrering for at begrænse dens masse.
Mælkevejens masse er et grundlæggende videnskabeligt spørgsmål, som astronomer har forsøgt at besvare i årtier. Problemet er, selv astronomers bedste skøn varierer meget. Problemet opstår ikke ved at måle selve stjernenes masse. Det kommer fra udfordringen med at måle mørkt stof.
Ved du ikke, hvad mørkt stof er? Okay, Space Magazine er her for at hjælpe. (Hvis du ved, hvad det er, kan du springe det næste afsnit over.)
Den obligatoriske "Hvad er mørkt stof?" En del
Først og fremmest er mørk stof hypotetisk. Vi ved ikke rigtig, hvad det er. Men vi ved, det er der, eller rettere ved, at der er noget der.
De ting, vi kan se og interagere med, er lavet af det, der kaldes 'baryonisk stof.' Det er lavet af atomer, og det er alt det, vi er bekendt med: Vores kroppe, planeterne, stjernerne, Kim Jong-uns briller osv. Men baryonisk stof udgør kun ca. 10-15% af stoffet i universet.
Vi tror, at mørk stof udgør omkring 85-90% af stoffet i universet. Det adskiller sig fra almindeligt stof, fordi det ikke interagerer med lys, og vi kan ikke se det. Derfor kaldes det mørkt stof.
Men vi ved, det er der, fordi galakser opfører sig som om de har meget mere masse end vi kan se. Antydningen om, at det er der, er i tyngdekraften. Galakser skal have mere masse og dermed mere tyngdekraft, end vi kan se i deres regelmæssige stof, ellers ville de bare flyve fra hinanden. Deres masse og tyngdekraft holder dem sammen.
Den korte version er, at ting bare ikke kunne være som de er, medmindre der var meget mere masse end vi kan måle.
Det er virkelig svært at måle
“Vi kan bare ikke registrere mørkt stof direkte.”
Laura Watkins, European Southern Observatory
“Vi kan bare ikke registrere mørkt stof direkte,”Forklarer Laura Watkins (European Southern Observatory, Tyskland), der ledede holdet, der udførte analysen. ”Det er det, der fører til den nuværende usikkerhed i Mælkevejens masse - du kan ikke måle nøjagtigt, hvad du ikke kan se!“
Så hvordan kan vi måle noget, vi ikke kan se? Astronomer optager sig selv med at måle effekten af mørkt stof og derefter slags arbejde baglæns. Men selv med al den indsats, der er lagt i det, varierer skøn vildt fra så lavt som 500 milliarder gange massen af vores Sol, op til 3 billioner gange massen af vores Sol. Det er et enormt uoverensstemmelse og et ægte irriterende problem inden for astronomi. Og det er på grund af vanskeligheden med at måle al den mørke stof.
Nu mener en ny undersøgelse ledet af Laura Watkins fra European Southern Observatory, at de endnu er kommet tættest på at måle det mørke stof, og dermed hele massen, af Mælkevejen. Deres antal?
De siger, at Mælkevejen indeholder 1,5 billioner gange så meget masse som vores Sol, eller 1,5 billioner solmasser inden for en radius af 125.000 lysår fra det galaktiske centrum.
Undersøgelsen er afhængig af den anden frigivelse af data fra Det Europæiske Rumagenturs Gaia-mission. Forfatterne kombinerede det med observationer fra arbejdshesten Hubble Space Telescope.
Lad os komme ind i, hvordan astronomer måler Mælkevejens masse.
Astronomer kan ikke bare tage prøvemålinger af stjerner og derefter ekstrapolere. Det fungerer ikke, fordi de ikke kan se al den mørke sag. Så de måler andre ting. Og takket være Gaia-missionen er der allerede gjort en masse målinger for dem.
Gå ind i Gaia og Globular Clusters
Gaia er ESOs mission om at skabe et 3D-kort over Mælkevejen. Det er en ambitiøs mission, men den har givet gode resultater. Gaia har målt positions- og radialhastigheden på omkring en milliard af stjernerne i Mælkevejen og i den lokale gruppe. Dette er omkring en procent af stjernerne i vores galakse. Det lyder måske ikke som meget, men nøjagtigheden af målingerne er også virkelig vigtig, især når det kommer til at måle mørkt stof.
Nogle af de cirka en milliard stjerner, som Gaia målte, befinder sig i de kugleformede klynger, der ligger nær Mælkevejen. Globulære klynger er sfæriske stjerner af stjerner, og der er omkring 150 af dem, der kredser om Mælkevejen. Vigtigst er det, at jo mere massiv galaksen er, jo hurtigere går den kugleformede klynger. Og Gaia har givet os mere nøjagtige målinger af deres hastighed end nogensinde før.
“Jo mere massiv en galakse er, jo hurtigere bevæger dens klynger sig under dens tyngdekraft.“
N. Wyn Evans, University of Cambridge, UK.
“Jo mere massiv en galakse er, jo hurtigere bevæger dens klynger sig under dens tyngdekraft”Forklarer N. Wyn Evans (University of Cambridge, UK). ”De fleste tidligere målinger har fundet den hastighed, hvormed en klynge nærmer sig eller går tilbage fra Jorden, det er hastigheden langs vores synslinie. Vi var imidlertid i stand til også at måle klyngernes bevægelse sidelæns, hvorfra den samlede hastighed, og følgelig den galaktiske masse, kan beregnes.“
Hubble hjælper ud
Jo længere væk den kugleformede klynge er, jo mere fortæller de os om Mælkevejens masse. Selv om Gaia leverede de ekstremt nøjagtige hastighedsmålinger af klyngerne, var det det ærverdige Hubble-rumteleskop, der målte klynger så langt væk som 130.000 lysår fra Jorden, hvilket tilføjede en stor nøjagtighed til den nye massemåling for Mælkevejen.
“Globale klynger strækker sig ud over en stor afstand, så de betragtes som de bedste sporere astronomer bruger til at måle massen af vores galakse”Sagde Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), der førte Hubble-målingerne.
“Vi var heldige at have en så god kombination af data,”Forklarede Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). ”Ved at kombinere Gaias målinger af 34 kugleformede klynger med målinger af 12 andre fjerne klynger fra Hubble, kunne vi feste mælkevejens masse ned på en måde, der ville være umulig uden disse to rumteleskoper.“
Hvorfor det betyder noget
Så hvad nu?
Mælkenes masse er mere end bare en nysgerrighed, det er en iboende og vigtig del af meget større spørgsmål. En galakses mørke stofindhold er knyttet til dannelsen og væksten af strukturer i universet.
Denne mere præcise måling af Mælkevejens masse hjælper os med at forstå vores hjemmegalakse og dens plads i kosmos.
Ikke dårligt.
Kilder:
- Forskningsartikel: Bevis for en mellemmasse mælkevej fra Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions
- Pressemeddelelse: Hubble og Gaia Vægt Mælkevejen nøjagtigt
