Żyjemy w gigantycznym mieście gwiazd. Nasza galaktyka Drogi Mlecznej zawiera ich około dwustu miliardów – ale to jedynie odsłonięty wierzchołek góry lodowej. Droga Mleczna jest otoczona przez ogromne ilości ciemnej materii o nieznanych właściwościach, która jest niewidoczna, ponieważ nie uwalnia żadnego promieniowania.
Nie możemy umieścić całej Drogi Mlecznej na szali wagi, ale astronomowie byli w stanie opracować jedną z najdokładniejszych metod pomiaru masy naszej galaktyki za pomocą Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz satelity Gaia.
Zgodnie z najnowszymi pomiarami Droga Mleczna waży około półtora kwintyliona mas Słońca. Zaledwie kilka procent z tego to masa około dwustu miliardów gwiazd w Drodze Mlecznej, włącznie z centralną supermasywną czarną dziurą o masie czterech milionów Słońc. Większość pozostałej masy zamknięta jest w ciemnej materii – niewidzialnej i tajemniczej substancji, która w całym Wszechświecie działa jak rusztowanie i utrzymuje gwiazdy w ich galaktykach.
Badania sprzed kilku dekad z wykorzystaniem różnorodnych technik obserwacyjnych pozwoliły oszacować masę Galaktyki w zakresie od pięciuset miliardów do trzech kwintylionów Słońc. Ulepszony pomiar znajduje się blisko środka tego zakresu.
Chcemy dokładniej poznać masę Drogi Mlecznej, aby umieścić ją w kosmologicznym kontekście i porównać ją do symulacji galaktyk w ewoluującym Wszechświecie. Brak znajomości dokładnej masy Drogi Mlecznej utrudnia znalezienie odpowiedzi na wiele kosmologicznych pytań – powiedział Roeland van der Marel ze Space Telescope Science Institute (STScI) w Baltimore.
Nowe oszacowania masy stawiają Galaktykę w lepszej pozycji w porównaniu do innych galaktyk we Wszechświecie. Najlżejsze galaktyki mają około miliarda mas Słońca, a najcięższe są trzydzieści tysięcy razy masywniejsze.
Astronomowie wykorzystali Hubble’a i Gaję do trójwymiarowego pomiaru ruchu gromad kulistych – izolowanych sferycznych wysp, z których każda zawiera setki tysięcy gwiazd i krąży wokół centrum naszej galaktyki.
Chociaż nie możemy tego zobaczyć, ciemna materia jest dominującą formą materii we Wszechświecie i można ją zważyć dzięki jej wpływowi na widoczne obiekty, takie jak gromady kuliste. Im bardziej masywna jest galaktyka, tym szybciej gromady kuliste poruszają się pod wpływem jej grawitacji. Większość poprzednich pomiarów była wykonywana wzdłuż linii pola widzenia gromad kulistych, więc astronomowie znają prędkość, z jaką gromady kuliste zbliżają się do Ziemi bądź od niej oddalają. Jednak Hubble i Gaia rejestrują boczny ruch gromad kulistych, dzięki czemu można dokładniej obliczyć prędkość tych gromad (a zatem przyspieszenie grawitacyjne).
Obserwacje Hubble’a i Gaia uzupełniają się wzajemnie. Gaia została zaprojektowana wyłącznie w celu stworzenia dokładnej, trójwymiarowej mapy obiektów astronomicznych w całej Drodze Mlecznej i śledzenia ich ruchów. Wykonano dokładne pomiary całego nieba, w tym wielu gromad kulistych. Hubble ma mniejsze pole widzenia, ale może mierzyć słabe gwiazdy a tym samym dotrzeć do dalszych gromad. Za pomocą Gai zbadano 34 gromady kuliste w odległości do 65 000 lat świetlnych, zaś pomiary za pomocą Hubble’a objęły 12 gromad w odległości do 130 000 lat świetlnych, obserwowanych na przestrzeni 10 lat.
Kiedy wyniki obserwacji Gai i Hubble’a zostaną połączone, astronomowie będą mogli oszacować masę Drogi Mlecznej na odległość blisko miliona lat świetlnych od Ziemi.
Z symulacji kosmologicznych wiemy, jak powinien wyglądać rozkład masy w galaktykach, i będziemy mogli obliczyć, jak dokładna jest ta ekstrapolacja dla Drogi Mlecznej – powiedziała Laura Watkins z ESO i główna autorka badań Hubble'a i Gai. Obliczenia te, oparte na dokładnych pomiarach ruchu gromady kulistej za pomocą Gai i Hubble’a, umożliwiły badaczom określenie masy całej Drogi Mlecznej.
Najwcześniejsi gospodarze Drogi Mlecznej, gromady kuliste, zawierają najstarsze znane gwiazdy, powstałe kilkaset milionów lat po Wielkim Wybuchu – wydarzeniu, które stworzyło Wszechświat. Powstały one przed uformowaniem się spiralnej konstrukcji Drogi Mlecznej, gdzie znajduje się nasze Słońce i Układ Słoneczny.
Ze względu na duże odległości od Układu Słonecznego, w jakich się znajdują, gromady kuliste są jednymi z najlepszych wskaźników, za pomocą których astronomowie mogą zmierzyć masę ogromnej otoczki ciemnej materii, która otacza naszą galaktykę i sięga daleko poza spiralny dysk gwiazd – powiedział Tony Sohn z STScI, który kierował pomiarami Hubble'a.
Opracowanie: Agnieszka Nowak
Więcej:
What Does the Milky Way Weigh? Hubble and Gaia Investigate
Źródło: HST
Na zdjęciu: Gromady kuliste wokół Drogi Mlecznej - wizja artystyczna. Źródło: NASA, ESA oraz A. Feild (STScI)
