Các nhà thiên văn học cố gắng đo khối lượng của Dải Ngân hà và họ tiếp tục tìm ra những con số khác nhau. Nhưng nó không phải là họ kém về toán học. Đo khối lượng của một thứ gì đó to lớn như Dải Ngân hà đang gây bối rối. Thêm vào đó, chúng tôi đã nhúng vào nó; nó cần một số thao tác rất thông minh để hạn chế khối lượng của nó.
Khối lượng Milky Way, là một câu hỏi khoa học cơ bản mà các nhà thiên văn học đã cố gắng trả lời trong nhiều thập kỷ. Vấn đề là, ngay cả các nhà thiên văn học, các ước tính tốt nhất cũng rất khác nhau. Khó khăn phát sinh không phải từ việc đo khối lượng của các ngôi sao. Nó xuất phát từ thách thức đo vật chất tối.
Bạn có biết vật chất tối là gì không? Được rồi, Tạp chí không gian là ở đây để giúp đỡ. (Nếu bạn biết nó là gì, thì bạn có thể bỏ qua phần tiếp theo.)
The Oblig bắt buộc Dark Matter là gì? Phần
Trước hết, vật chất tối là giả thuyết. Chúng tôi không thực sự biết nó là gì. Nhưng chúng ta biết nó ở đó, hay đúng hơn là chúng ta biết một thứ gì đó ở đó.
Những thứ chúng ta có thể nhìn thấy và tương tác được tạo thành từ thứ gọi là 'vật chất baryonic'. Nó được tạo ra từ các nguyên tử và đó là tất cả những thứ chúng ta quen thuộc: Cơ thể, hành tinh, ngôi sao, kính mắt của Kim Jong-un, v.v. Nhưng vật chất baryonic chỉ chiếm khoảng 10-15% vật chất trong vũ trụ.
Chúng tôi nghĩ rằng vật chất tối chiếm khoảng 85-90% vật chất trong vũ trụ. Nó khác biệt với vật chất thông thường bởi vì nó không tương tác với ánh sáng và chúng ta có thể nhìn thấy nó. Đó là lý do tại sao nó gọi là vật chất tối.
Nhưng chúng ta biết nó ở đó bởi vì các thiên hà hành xử như thể chúng có khối lượng lớn hơn chúng ta có thể thấy. Gợi ý rằng nó có trong trọng lực. Các thiên hà phải có khối lượng lớn hơn và do đó trọng lực hơn chúng ta có thể thấy trong vật chất thông thường của chúng, hoặc chúng sẽ bay xa nhau. Khối lượng và trọng lực của chúng giữ chúng lại với nhau.
Phiên bản ngắn là mọi thứ không thể giống như họ, trừ khi có khối lượng lớn hơn chúng ta có thể đo được.
Nó rất khó đo
“Chúng tôi chỉ có thể phát hiện vật chất tối trực tiếp.”
Laura Watkins, Đài thiên văn Nam Âu
“Chúng ta chỉ có thể phát hiện vật chất tối trực tiếp,Cha giải thích Laura Watkins (Đài thiên văn Nam châu Âu, Đức), người lãnh đạo nhóm thực hiện phân tích. CúcĐó là những gì dẫn đến sự không chắc chắn hiện tại trong khối Milky Way - bạn có thể đo chính xác những gì bạn có thể nhìn thấy!“
Vậy làm thế nào chúng ta có thể đo lường một cái gì đó mà chúng ta có thể nhìn thấy? Các nhà thiên văn bận rộn tự đo lường tác động của vật chất tối và sau đó loại công việc ngược lại. Nhưng ngay cả với tất cả nỗ lực dành cho nó, các ước tính rất khác nhau, từ mức thấp tới 500 tỷ lần khối lượng Mặt trời của chúng ta, lên tới 3 nghìn tỷ lần khối lượng Mặt trời của chúng ta. Đó là một sự khác biệt lớn và một vấn đề dai dẳng trong thiên văn học. Và nó LỚN vì khó đo hết vật chất tối.
Giờ đây, một nghiên cứu mới do Laura Watkins từ Đài thiên văn Nam châu Âu dẫn đầu cho rằng họ đã đến gần nhất để đo vật chất tối, và do đó toàn bộ khối lượng của Dải Ngân hà. Số của họ?
Họ nói rằng Dải Ngân hà chứa khối lượng gấp 1,5 nghìn tỷ lần so với Mặt trời của chúng ta, hay 1,5 nghìn tỷ khối lượng mặt trời, trong bán kính 125.000 năm ánh sáng từ trung tâm thiên hà.
Nghiên cứu dựa trên bản phát hành dữ liệu thứ hai từ sứ mệnh của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu Châu Gaia. Các tác giả đã kết hợp nó với các quan sát từ Kính viễn vọng Không gian Hubble đặc biệt.
Hãy để chúng tôi hiểu được cách các nhà thiên văn học đo khối lượng Milky Way.
Các nhà thiên văn học có thể chỉ cần lấy số đo mẫu của các ngôi sao và sau đó ngoại suy. Điều đó không có tác dụng bởi vì họ có thể nhìn thấy tất cả các vật chất tối. Vì vậy, họ đo lường những thứ khác. Và nhờ vào nhiệm vụ Gaia, một loạt các phép đo đã được thực hiện cho họ.
Nhập cụm Gaia và hình cầu
Gaia là sứ mệnh của ESO để tạo ra bản đồ 3D của Dải Ngân hà. Nó có một nhiệm vụ đầy tham vọng, nhưng nó đã mang lại kết quả tuyệt vời. Gaia đã đo được vận tốc vị trí và hướng tâm của khoảng một tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà và trong Nhóm Địa phương. Đây là khoảng một phần trăm của các ngôi sao trong thiên hà của chúng ta. Điều đó có vẻ không nhiều, nhưng độ chính xác của các phép đo cũng thực sự quan trọng, đặc biệt là khi đo vật chất tối.
Một số trong số khoảng một tỷ ngôi sao mà Gaia đo được nằm trong cụm sao hình cầu gần Dải Ngân hà. Các cụm sao cầu là tập hợp các ngôi sao hình cầu, và có khoảng 150 trong số chúng quay quanh Dải Ngân hà. Quan trọng nhất, thiên hà càng lớn, quỹ đạo của các cụm cầu càng nhanh. Và Gaia đã cho chúng ta các phép đo chính xác hơn về vận tốc của chúng hơn bao giờ hết.
“Một thiên hà càng lớn, các cụm của nó di chuyển càng nhanh dưới sức hút của nó.“
N. Wyn Evans, Đại học Cambridge, Vương quốc Anh.
“Một thiên hà càng lớn, các cụm của nó di chuyển càng nhanh dưới sức hút của nóNghiêng giải thích N. Wyn Evans (Đại học Cambridge, Vương quốc Anh). CúcHầu hết các phép đo trước đây đã tìm thấy tốc độ mà một cụm đang tiến đến hoặc lùi dần khỏi Trái đất, đó là vận tốc dọc theo đường ngắm của chúng ta. Tuy nhiên, chúng tôi cũng có thể đo chuyển động ngang của các cụm, từ đó tổng vận tốc và do đó khối lượng thiên hà có thể được tính toán.“
Hubble giúp ra
Càng ở xa cụm cầu, họ càng nói với chúng ta về khối lượng Milky Way. Mặc dù Gaia cung cấp các phép đo vận tốc cực kỳ chính xác của các cụm, nhưng đó là Kính viễn vọng Không gian Hubble đáng kính đã đo các cụm cách xa Trái đất 130.000 năm ánh sáng, bổ sung độ chính xác rất lớn cho phép đo khối lượng mới cho Dải Ngân hà.
“Các cụm toàn cầu mở rộng ra một khoảng cách lớn, vì vậy chúng được coi là các nhà thiên văn học theo dõi tốt nhất sử dụng để đo khối lượng của thiên hà chúng taTony cho biết Tony Sohn (Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, Hoa Kỳ), người đứng đầu các phép đo Hubble.
“Chúng tôi đã may mắn có được một sự kết hợp tuyệt vời của dữ liệu,Giáo sư giải thích Roeland P. van der Marel (Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian, Hoa Kỳ). CúcBằng cách kết hợp các phép đo Gaia của 34 cụm sao cầu với các phép đo của 12 cụm xa hơn từ Hubble, chúng ta có thể xác định được khối lượng Milky Way, theo cách không thể có được nếu không có hai kính viễn vọng không gian này.“
Tại sao nó quan trọng
Thế bây giờ thì thế nào?
Khối lượng của Dải Ngân hà không chỉ là một sự tò mò, nó còn là một phần quan trọng và nội tại của những câu hỏi lớn hơn nhiều. Nội dung vật chất tối của thiên hà có liên quan đến sự hình thành và phát triển của các cấu trúc trong Vũ trụ.
Phép đo chính xác hơn về khối lượng Milky Way này giúp chúng ta hiểu được thiên hà nhà của chúng ta và vị trí của nó trong vũ trụ.
Không tệ.
Nguồn:
- Tài liệu nghiên cứu: Bằng chứng cho một dải ngân hà trung bình từ chuyển động cụm sao hình cầu Gaia DR2
- Thông cáo báo chí: Hubble và Gaia Trọng lượng chính xác dải ngân hà
