Kopš mūsdienu astronomijas dzimšanas zinātnieki ir centušies pilnībā noteikt Piena ceļa galaktiku un uzzināt vairāk par tās struktūru, veidošanos un evolūciju. Pašlaik astronomi lēš, ka tā diametrs ir no 100 000 līdz 180 000 gaismas gadiem un sastāv no 100 līdz 400 miljardiem zvaigžņu - lai arī dažās aplēsēs teikts, ka to varētu būt pat 1 triljons.
Un tomēr, pat pēc gadu desmitiem ilgiem pētījumiem un novērojumiem, joprojām ir daudz par to, ko mūsu galaktikas astronomi nezina. Piemēram, viņi joprojām mēģina noteikt, cik masīvs ir Piena ceļš, un aprēķini ļoti atšķiras. Jaunā pētījumā starptautisku zinātnieku komanda iepazīstina ar jaunu metodi galaktiku svēršanai, pamatojoties uz Piena Ceļa pavadoņu galaktiku dinamiku.
Pētījums ar nosaukumu “Piena ceļa masa no satelīta dinamikas” nesen parādījās Karaliskās astronomiskās biedrības ikmēneša paziņojumi. Pētījumu vadīja Tomass Callinghems no Durhamas Universitātes Skaitļotā kosmoloģijas institūta, un tajā piedalījās dalībnieki no Masačūsetsas Tehnoloģiju institūta (MIT), Heidelbergas Teorētisko pētījumu institūta un vairākām universitātēm.
Kā viņi norāda savā pētījumā, Piena ceļa masa ir būtiska mūsu izpratnei par astrofiziku. Tas ir ne tikai svarīgi, iekļaujot mūsu galaktiku vispārējās galaktiku populācijas kontekstā, bet arī tai ir liela loma, pievēršoties dažiem no lielākajiem noslēpumiem, kas rodas no mūsu pašreizējām astrofizikas un kosmoloģiskajām teorijām.
Tajos ietilpst galaktiku veidošanās sarežģītība, neatbilstības pašreizējam Lambda auksto tumšo vielu (Lambda CDM) modelim, alternatīvas teorijas par tumšās vielas raksturu un Visuma liela mēroga struktūra. Turklāt iepriekšējos pētījumus ir kavējuši vairāki faktori, tostarp fakts, ka Piena ceļa tumšās vielas halo (kas veido lielāko daļu no tās masas) nevar tieši novērot.
Vēl viena būtiska problēma ir fakts, ka ir grūti izmērīt Piena ceļa apjomu un masu, jo mēs atrodamies tajā. Tā rezultātā iepriekšējie pētījumi, kas mēģināja secināt par mūsu galaktikas masu, masu aprēķinos svārstījās no aptuveni 500 miljardiem līdz 2,5 triljoniem reižu vairāk nekā mūsu Saules masa (Saules masas). Kā Callingham paskaidroja Space Magazine pa e-pastu, bija nepieciešama uzlabota pieeja:
“Lielākā daļa galaktikas atrodas tumšajā matērijas halogenā, ko nevar tieši novērot. Tā vietā mēs izsecinām tā īpašības, novērojot dažādus dinamiskus marķierus, kuri izjūt tumšās matērijas gravitācijas efektus - piemēram, zvaigžņu populācijas, riņķveida kopas, tvaikus un satelīta galaktikas. Lielākā daļa no tām atrodas mūsu galaktikas centrā galaktikas diskā (~ 10kpc) un zvaigžņu halo (~ 15kpc), kas var sniegt labu iekšējā reģiona masas novērtējumu. Tomēr DM halogēns sasniedz ~ 200 kpc, un šī iemesla dēļ mēs izvēlējāmies koncentrēties uz satelīta galaktikām kā vienu no vienīgajiem izsekošanas līdzekļiem, kas zondē šīs galaktikas ārējās daļas. ”
Pētījuma dēļ komanda paļāvās uz Gaia satelīta otrās datu izlaišanas (DR2 izlaišana) datiem, lai Piena ceļa masu ierobežotu labāk. Gaia misija, kas ir sniegusi vairāk informācijas nekā jebkad agrāk par mūsu galaktiku, ietver neskaitāmu zvaigžņu stāvokli un relatīvās kustības Piena Ceļā - ieskaitot tās, kas atrodas satelīta galaktikās. Kā norādīja Callingham, tas izrādījās ļoti noderīgi, lai ierobežotu Piena ceļa masu:
“Mēs salīdzinām MW satelīta galaktiku orbītas īpašības Enerģija un leņķiskais impulss ar simulācijās konstatētajām. Mēs izmantojām jaunākos MW satelītu novērojumus no nesenās Gaia DR2 datu kopas un piemērotu galaktiku un satelīta galaktiku paraugus no EAGLE simulācijām - vadošo simulāciju, kas notika Durham ar lielu tilpumu un pilnu hidrodinamisko baryonic fiziku. ”
EAGLE programmatūra (GaLaxies un to vides evolūcija un montāža), kuru izstrādāja Drehemas universitātes Skaitļošās kosmoloģijas institūts, modelē struktūru veidošanos kosmoloģiskā tilpumā, kas vienā pusē ir 100 Megaparseki (vairāk nekā 300 miljoni gaismas gadu). Tomēr šīs programmatūras izmantošana, lai secinātu Piena ceļa masu, radīja dažas problēmas.
"Izaicinājums tam ir ierobežotais MW lieluma galaktiku paraugs EAGLE (vai patiešām jebkura simulācija)," sacīja Callingham. “Lai to palīdzētu, mēs izmantojam masas mērogošanas attiecību, lai mūsu galaktiku kopējā parauga mērogs būtu tā pati masa. Tas ļauj mums efektīvi izmantot vairāk no mūsu datu kopas un ievērojami uzlabo mūsu statistiku. Pēc tam mūsu metode tika stingri pārbaudīta, atrodot simulēto galaktiku masu no EAGLE un Auriga simulācijām - neatkarīgu augstas izšķirtspējas simulāciju komplektu. Tas nodrošina, ka mūsu masu aprēķins ir stabils un ar reālistiskām kļūdām (kaut kas šajā jomā dažreiz ir saistīts ar analītiskiem pieņēmumiem). ”
Pēc tam viņi atklāja, ka kopējā Piena Ceļa halogēna masa bija aptuveni 1,04 x 1012 (vairāk nekā 1 triljons) Saules masas ar 20% kļūdas robežu. Šis aprēķins Piena ceļa masai ierobežo daudz stingrākus ierobežojumus nekā iepriekšējās aplēses, un tam varētu būt dažas nozīmīgas sekas astronomijas, astrofizikas un kosmoloģijas jomās. Kā Callingham apkopoja:
“Stingrāku masas aprēķinu var izmantot daudzos veidos. Galaktikas modelēšanā DM halo ir fons, uz kura ir piemēroti zvaigžņu komponenti. Daudzas metodes DM rakstura noteikšanai, piemēram, DM halogēna struktūra, kā arī DM blīvums uz Zemes tiešas noteikšanas vajadzībām ir atkarīgas no MW masas. Masu var izmantot arī, lai prognozētu satelīta galaktiku skaitu ap MW, ko mēs sagaidām. ”
Papildus tam, ka astronomi nodrošinās izsmalcinātus Piena ceļa masas mērījumus - tas būs tāls ceļš, lai informētu mūs par izpratni par tā lielumu, apmēru un satelītu galaktiku populāciju -, šis pētījums ietekmē arī mūsu izpratni par Visumu kopumā. Turklāt tas ir vēl viens revolucionārs pētījums, kas bija iespējams Gaija otrā datu izlaišana.
Trešais izlaidums Gaia datus plānots iesniegt 2020. gada beigās, un galīgais katalogs tiks publicēts 2020. gados. Tikmēr paplašinājums jau ir apstiprināts Gaia misija, kas tagad darbosies līdz 2020. gada beigām (jāapstiprina šā gada beigās).
