@ 2019.03.15 , 21:00

好像可以知道银河系有多重了

作者:Neel V. Patel

想象一下,你一生都住在一个小镇,并且不知道这个城镇有多大。但从天文学的角度来看,这正是我们的情况 - 我们不知道银河系的大小或它真正的质量。值得庆幸的是,科学家们对如何回答这些问题有一些想法。在一项将发表在《天体物理学》杂志上的新研究中,科学家报告了一项关于银河系大小的改进估计:它的重量是太阳质量的1.5万亿倍,半径可以延伸到大约12.9万光年。

我们以前未能将银河系的质量估算出来,这并不奇怪。银河系由数亿万颗恒星、行星和各种大小的物体组成,在黑暗的真空中散布。而且近90%的物质都是暗物质,我们从未直接观察过(我们只知道它存在,因为我们可以观察它作用在我们能看到的物体上的重力)。我们之前对银河系质量的估计大致在5000亿到3万亿太阳质量之间。

这种不精确不仅是一个谜团,还渗透并阻碍了天文学家其他的工作。新研究的合著者、巴尔的摩太空望远镜科学研究所的科学家S. Tony Sohn说:“由于我们生活在银河系中,所以不好理解,这意味着很多东西,比如我们的宇宙学模型,都是根据银河系进行校准的。”我们基本上使用银河系作为我们参考,以了解宇宙中的一切是如何起源和演化,包括银河系本身。

在我们用来进行这项工作的模型中,“最重要的物理量是质量,”Sohn说。没有质量,我们不能弄清楚银河系中的暗物质是如何起作用的,它可能位于何处或预测当仙女座星系在80亿年内与银河系碰撞时会发生什么。质量就是一切。

既然我们不能很好地将银河系放在一个巨大的秤上,那么如何测量它的质量?一种方法是测量星系中其他物体的运动,并根据它们的原始位置观察它们移动的速度。这个想法的原因是,银河系越大,星系对物体施加的引力就越大,导致它们移动得更快。

从历史上看,很难在一个维度上研究这些运动。这就是欧空局(ESA)前所未有的盖亚(Gaia)任务的用武之地。它的明确目的是扫描整个夜空并尽可能多地编目 - 并提供星体的三维方向上的速度。“如果我们对三维运动有了更好的认识,就可以获得更可靠的质量估计。”Sohn和他的同事利用任务中的第二次数据的发布来跟踪银河系球状星团和其他星团的运动。

该小组能够使用盖亚数据来描述距离我们6.5万光年远的大约34个不同的球状星团。但是,虽然盖亚能够以极其宽阔的视野窥视太空,但它的深度有限。所以Sohn和他的团队使用长达十年的哈勃望远镜观测其他距离地球13万光年的12个星团,对他们的数据收集进行了整理。之后,该团队将数字输入可以确定质量的模型中,然后我们估计银河系有1.5万亿太阳质量。

这并不是说新的估计是完美的,或者将有助于完全回答更大的宇宙学问题。事实上,根据Sohn的说法,新的数字只能精确到30%到40%左右,并且他承认它们得出的数值可能偏离银河系的真正质量。在这样一个理想的调查中,我们将能够研究一直到银河系的边缘的移动物体,但盖亚看不到那么远。天文学家受限于从更接近地球的地方获取我们所知道的东西,并根据我们最好的工具将这些值外推到更接近的近似值。

尽管如此,这对以前的模型来说是一个巨大的改进,并且令人兴奋的是,随着更多的观察和我们的仪器变得更加清晰,这个值将变得更加精确。Sohn表示,第三次盖亚数据应该会在短短几年内发布,团队将会相对容易地应用他们在本研究中使用的相同方法,并将质量值修改为更准确的数据。每次修订时,我们用于理解宇宙过去、现在和未来的框架都会更加清晰。

本文译自 popsci,由译者 HW 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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