Astronomi turpina mēģināt izmērīt Piena ceļa masu, un viņi turpina nākt klajā ar dažādiem skaitļiem. Bet nav tā, ka viņiem būtu slikti matemātikā. Izmēra kaut ko tik milzīgu, kā Piena ceļš, rada neskaidrības. Turklāt mēs tajā esam iegulti; tas prasa ļoti gudru manevru, lai ierobežotu tā masu.
Piena ceļa masa ir fundamentāls zinātnisks jautājums, uz kuru astronomi ir mēģinājuši atbildēt gadu desmitiem ilgi. Problēma ir tā, ka pat astronomu labākās aplēses ir ļoti atšķirīgas. Grūtības rodas nevis no pašu zvaigžņu masas mērīšanas. Tas nāk no izaicinājuma izmērīt tumšo vielu.
Vai nezināt, kas ir tumšā matērija? Labi, Space Magazine ir šeit, lai palīdzētu. (Ja jūs zināt, kas tas ir, tad varat izlaist nākamo sadaļu.)
Obligātā “Kas ir tumšā matērija?” Daļa
Pirmkārt, tumšā matērija ir hipotētiska. Mēs īsti nezinām, kas tas ir. Bet mēs zinām, ka tas ir tur, vai drīzāk mēs zinām, ka kaut kas tur ir.
Lietas, kuras mēs varam redzēt un ar kurām var mijiedarboties, ir izgatavotas no tā saucamās “baryonic matērijas”. Tas ir izgatavots no atomiem un viss pārējais, ar ko mēs esam iepazinušies: mūsu ķermeņi, planētas, zvaigznes, Kim Jong-un brilles utt. baryonic matērija veido tikai apmēram 10-15% no Visuma matērijas.
Mēs domājam, ka tumšā matērija veido apmēram 85-90% no Visuma matērijas. Tas atšķiras no parastās lietas, jo tas nav mijiedarbībā ar gaismu, un mēs to nevaram redzēt. Tāpēc to sauc par tumšo matēriju.
Bet mēs zinām, ka tas ir tur, jo galaktikas uzvedas tā, it kā tām būtu daudz lielāka masa, nekā mēs varam redzēt. Mājiens, ka tas tur atrodas, atrodas smagumā. Galaktikām jābūt lielākai masai un līdz ar to arī lielākajai gravitācijas pakāpei, nekā mēs varam redzēt to parastajā vielā, vai arī tās vienkārši lidotu viena no otras. Viņu masa un smagums viņus tur kopā.
Īsā versija ir tāda, ka lietas vienkārši nevarētu būt tādas, kādas tās ir, ja vien nebūtu daudz vairāk masas, nekā mēs varam izmērīt.
To tiešām ir grūti izmērīt
“Mēs vienkārši nevaram tieši atklāt tumšo vielu.”
Laura Vatkinsa, Eiropas Dienvidu observatorija
“Mēs vienkārši nevaram tieši atklāt tumšo vielu,”Skaidro Laura Vatkinsa (Eiropas Dienvidu observatorija, Vācija), kura vadīja komandu, kas veica analīzi. “Tieši tas izraisa pašreizējo neskaidrību Piena ceļa masā - jūs nevarat precīzi izmērīt to, ko neredzat!“
Tātad, kā mēs varam izmērīt kaut ko tādu, ko neredzam? Astronomi aizraujas, lai izmērītu tumšās matērijas efektu un pēc tam veiktu darbu atpakaļ. Bet pat pieliekot visas pūles, aprēķini ir mežonīgi atšķirīgi - sākot no 500 miljardiem reižu, kas pārsniedz mūsu Saules masu, līdz pat 3 triljoniem reižu, salīdzinot ar mūsu Saules masu. Tā ir milzīga neatbilstība un īsta asprātīga problēma astronomijā. Un tas notiek tāpēc, ka ir grūti izmērīt visu tumšo vielu.
Tagad jauns pētījums, kuru vadīja Laura Vatkinsa no Eiropas Dienvidu observatorijas, domā, ka viņi ir vistuvāk, lai izmērītu Piena ceļa tumšo vielu un līdz ar to visu masu. Viņu skaits?
Viņi saka, ka Piena ceļš satur 1,5 triljonus reizes vairāk masas nekā mūsu Saule, vai 1,5 triljoni saules masu 125 000 gaismas gadu rādiusā no galaktikas centra.
Pētījums balstās uz otro datu publiskošanu no Eiropas Kosmosa aģentūras Gaia misijas. Autori to apvienoja ar novērojumiem no darba zirga Habla kosmiskā teleskopa.
Iedziļināsimies, kā astronomi mēra Piena ceļa masu.
Astronomi nevar vienkārši veikt zvaigžņu mērījumus un pēc tam ekstrapolēt. Tas nedarbojas, jo viņi neredz visu tumšo vielu. Tātad viņi mēra citas lietas. Un, pateicoties Gaia misijai, viņiem jau ir veikts daudz mērījumu.
Ievadiet Gaia un Globular klasterus
Gaia ir ESO misija izveidot Piena ceļa 3D karti. Tā ir ambicioza misija, taču tā ir devusi lieliskus rezultātus. Gaia ir izmērījis aptuveni viena miljarda Zvaigžņu ceļa pozicionālo un radiālo ātrumu Piena Ceļā un Vietējā grupā. Tas ir apmēram viens procents zvaigžņu mūsu galaktikā. Tas var neizklausīties daudz, bet arī mērījumu precizitāte ir ļoti svarīga, it īpaši, ja runa ir par tumšās vielas mērīšanu.
Dažas no aptuveni viena miljarda zvaigznēm, kuras Gaia izmērīja, atrodas riņķveida kopās, kas atrodas Piena ceļa tuvumā. Globālās kopas ir sfēriskas zvaigžņu kolekcijas, un apmēram 150 no tām riņķo ap Piena ceļu. Vissvarīgākais ir tas, ka jo masīvāka ir galaktika, jo ātrāk riņķveida kopu orbītā. Un Gaia mums ir devusi precīzākus to ātruma mērījumus nekā jebkad agrāk.
“Jo masīvāka ir galaktika, jo ātrāk tās kopas pārvietojas zem smaguma spēka.“
N. Wyn Evans, Kembridžas universitāte, Lielbritānija.
“Jo masīvāka ir galaktika, jo ātrāk tās kopas pārvietojas zem smaguma spēka”Skaidro N. Wyn Evans (Kembridžas universitāte, Lielbritānija). “Lielākā daļa iepriekšējo mērījumu ir atraduši ātrumu, ar kādu klasteris tuvojas vai atkāpjas no Zemes, tas ir, ātrums gar mūsu redzes līniju. Tomēr mēs varējām izmērīt arī kopu kustību uz sāniem, no kuras var aprēķināt kopējo ātrumu un attiecīgi galaktisko masu.“
Habls palīdz izkļūt
Jo tālāk ir riņķveida klasteris, jo vairāk viņi mums stāsta par Piena ceļa masu. Lai arī Gaia sniedza ārkārtīgi precīzus klasteru ātruma mērījumus, tas bija godājamais Habla kosmiskais teleskops, kas mērīja kopas tik tālu kā 130 000 gaismas gadu attālumā no Zemes, pievienojot lielu precizitāti jaunajam Piena ceļa masas mērījumiem.
“Globālās kopas sniedzas tālu, tāpēc tās tiek uzskatītas par labākajām izsekošanas ierīcēm, kuras astronomi izmanto, lai izmērītu mūsu galaktikas masu”Sacīja Tonijs Sohns (Kosmiskā teleskopa zinātnes institūts, ASV), kurš vadīja Habla mērījumus.
“Mums paveicās, ka mums bija tik lieliska datu kombinācija,”Paskaidroja Roelands P. van der Marels (Kosmiskā teleskopa zinātnes institūts, ASV). “Apvienojot Gaia veiktos 34 globālo kopu mērījumus ar 12 tālāku kopu mērījumiem no Habla, mēs varētu noteikt Piena ceļa masu tādā veidā, kas nebūtu iespējams bez šiem diviem kosmosa teleskopiem.“
Kāpēc tas ir svarīgi
Ko tad tagad?
Piena ceļa masa ir vairāk nekā tikai zinātkāre, tā ir būtiska un svarīga daudz lielāku jautājumu sastāvdaļa. Galaktikas tumšās vielas saturs ir saistīts ar struktūru veidošanos un augšanu Visumā.
Šis precīzāks Piena ceļa masas mērījums palīdz mums saprast mūsu mājas galaktiku un tās vietu kosmosā.
Nav slikti.
Avoti:
- Pētniecības dokuments: Piena ceļa vidējā svara pierādījumi no Gaia DR2 Halo Globular Cluster kustībām
- Preses relīze: Habls un Gaja precīzi nosver piena ceļu
