Но что более важно, мы знаем немного больше о том, почему галактика такая, какая она есть.
Компьютерная модель Млечного Пути. ЕКА/Хаббл, НАСА, Л. Кальсада
Представьте, что вы всю жизнь прожили в одном городе и понятия не имеете, насколько велик этот город и как далеко он простирается. В 2019 году это невообразимая перспектива. Но с астрономической точки зрения это именно наша ситуация - мы понятия не имеем, насколько велика галактика Млечный Путь или сколько она действительно весит. К счастью, у ученых есть несколько идей, как ответить на эти вопросы. В новом исследовании, которое будет опубликовано в The Astrophysical Journal, ученые сообщают о новой и улучшенной оценке того, насколько велик Млечный Путь: его вес в 1,5 триллиона раз больше массы Солнца, а радиус простирается примерно до 129 000. световых лет от центра галактики.
Неудивительно, что ранее нам не удавалось определить массу Млечного Пути. Галактика состоит из миллиардов и миллиардов и миллиардов горячих, сверкающих звезд, планет и объектов всевозможных размеров, разбросанных по темному вакууму. И почти 90 процентов всего, что там есть, - это темная материя, которую мы никогда напрямую не наблюдали ни в каком качестве (мы знаем, что она существует, только потому, что можем наблюдать ее гравитационные силы, действующие на объекты, которые мы можем видеть). Наши предыдущие оценки массы галактики находились в диапазоне от 500 миллиардов до 3 триллионов солнечных масс.
Эта неточность - не просто отдельная загадка. Это вливается в работу, которую проводят другие астрономы, и ставит ее в тупик.«Поскольку мы живем в Млечном Пути, нет других галактик, которые мы понимаем лучше», - говорит С. Тони Сон, ученый из Научного института космического телескопа в Балтиморе и соавтор нового исследования. «Это означает, что многие вещи, такие как наши космологические модели, откалиброваны по Млечному Пути». В основном мы используем Млечный Путь в качестве ориентира для понимания того, как все во Вселенной возникает и развивается, включая сам Млечный Путь.
В моделях, которые мы используем для проведения этой работы, «наиболее важной физической величиной является масса», - говорит Зон. Без массы мы не можем, скажем, понять, как работает темная материя в галактике и где она может находиться, или предсказать, что произойдет, когда галактика Андромеды столкнется с нашей галактикой через восемь миллиардов лет. Масса решает все.
Поскольку вы не можете толкнуть галактику Млечный Путь в гигантском масштабе, как вы измеряете ее массу? Один из способов - измерить движения других объектов в галактике и посмотреть, насколько быстро или медленно они движутся в зависимости от их исходного положения. Идея состоит в том, что чем массивнее Млечный Путь, тем большую гравитационную силу галактика будет воздействовать на объекты, заставляя их двигаться быстрее.
Исторически было сложно изучать эти движения более чем в одном измерении. Вот где вступает в действие беспрецедентная миссия ESA Gaia. Ее явной целью является сканирование всего ночного неба и каталогизация как можно большего количества звезд, а также определение их скоростей в 3D. «Если вы лучше поймете трехмерные движения, - говорит Сон, - вы сможете получить более надежную оценку массы». Он и его коллеги использовали второй выпуск данных миссии для отслеживания движения шаровых скоплений Млечного Пути и других агломератов звезд.
Группе удалось использовать данные Gaia, чтобы охарактеризовать около 34 различных шаровых скоплений, расположенных на расстоянии 65 000 световых лет от нас. Но хотя Гайя способна заглянуть в космос с невероятно широким обзором, ее глубина ограничена. Поэтому Сон и его команда укрепили свой сбор данных, используя десятилетние наблюдения Хаббла за 12 другими скоплениями на расстоянии 130 000 световых лет от Земли. После этого команда вставила числа в модели, которые могут определять массу, и вуаля - у нас есть оценка в 1,5 триллиона масс Солнца для Млечного Пути.
Это не значит, что новая оценка идеальна или поможет полностью ответить на наши более крупные космологические вопросы. На самом деле, по словам Зона, новые цифры точны только на 30-40 процентов, и он признает, что они, вероятно, далеки от истинного значения массы Млечного Пути. В идеальном исследовании, подобном этому, вы могли бы изучать движущиеся объекты вплоть до края галактики, но Гайя просто не может видеть так далеко. Астрономы ограничены тем, что берут то, что мы знаем из более близких к Земле, и экстраполируем эти значения в более далекие приближения на основе наших лучших инструментов.
Тем не менее, это значительное улучшение по сравнению с предыдущими моделями, и приятно знать, что это значение будет становиться все более точным по мере того, как будет больше наблюдений и наши инструменты станут острее. Сон говорит, что третий выпуск данных Gaia должен выйти всего через пару лет, и команде будет относительно легко применить тот же метод, который они использовали в этом исследовании, и изменить массовое число на что-то более точное. И с каждым пересмотром наша схема понимания прошлого, настоящего и будущего Вселенной наполняется все большей ясностью.