Przejdź do treści

Ile waży Droga Mleczna? Dochodzenie Hubble’a i Gai

img

Żyjemy w gigantycznym mieście gwiazd. Nasza galaktyka Drogi Mlecznej zawiera około 200 mld gwiazd. Ale to jedynie odsłonięty wierzchołek góry lodowej. Droga Mleczna jest otoczona przez ogromne ilości nieznanej materii zwanej ciemną materią, która jest niewidoczna, ponieważ nie uwalnia żadnego promieniowania. 

Nie możemy umieścić całej Drogi Mlecznej na szali wagi, ale astronomowie byli w stanie wymyślić jeden z najdokładniejszych pomiarów masy naszej galaktyki, używając Kosmicznego Teleskopu Hubble’a oraz satelity Gaia.

Zgodnie z najnowszymi pomiarami Droga Mleczna waży około 1,5 kwintyliona mas Słońca. Zaledwie kilka procent tego składa się z ok. 200 mld gwiazd w Drodze Mlecznej, włącznie z centralną supermasywną czarną dziurą o masie 4 mln Słońc. Większość pozostałej masy zamknięta jest w ciemnej materii, niewidzialnej i tajemniczej substancji, która działa jak rusztowanie w całym Wszechświecie i utrzymuje gwiazdy w ich galaktykach.

Wcześniejsze badania sprzed kilku dekad wykorzystały różnorodne techniki obserwacyjne, które pozwoliły oszacować masę Galaktyki w zakresie od 500 miliardów do 3 kwintylionów Słońc. Ulepszony pomiar znajduje się blisko środka tego zakresu.

„Chcemy dokładniej poznać masę Drogi Mlecznej, abyśmy mogli umieścić ją w kosmologicznym kontekście i porównać ją do symulacji galaktyk w ewoluującym Wszechświecie. Brak znajomości dokładnej masy Drogi Mlecznej stanowi problem dla wielu kosmologicznych pytań” – powiedział Roeland van der Marel z STScI.

Nowe oszacowania masy stawiają Galaktykę na lepszej pozycji w porównaniu do innych galaktyk we Wszechświecie. Najlżejsze galaktyki mają około miliarda mas Słońca, a najcięższe są 30 000 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, z których można obliczyć bardziej rzetelną prędkość (a zatem przyspieszenie grawitacyjne).

Obserwacje Hubble’a i Gaia uzupełniają się. Gaia została zaprojektowana wyłącznie w celu stworzenia dokładnej, trójwymiarowej mapy obiektów astronomicznych w całej Drodze Mlecznej i śledzenie 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. Nowe badanie powiększyło pomiary Gai dla 34 gromad kulistych w odległości do 65 000 lat świetlnych, z pomiarami Hubble’a 12 gromad w odległości do 130 000 lat świetlnych, dzięki obrazom wykonanym na przestrzeni 10 lat.

Kiedy pomiary 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, abyśmy 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 z Gai i Hubble’a umożliwiły badaczom określenie masy całej Drogi Mlecznej.

Najwcześniejsi gospodarze Drogi Mlecznej, gromady kuliste, zawierają najstarsze znane gwiazdy, sięgające kilkuset 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, gromady kuliste są jednymi z najlepszych wskaźników, za pomocą których astronomowie muszą zmierzyć masę ogromnej otoczki ciemnej materii, która otacza naszą galaktykę 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)