Để rõ ràng, việc xác định khối lượng của Dải Ngân hà không phải là nhiệm vụ đơn giản. Một mặt, các quan sát rất khó khăn vì Hệ mặt trời nằm sâu trong đĩa của thiên hà. Nhưng đồng thời, cũng có khối lượng quầng sáng vật chất tối của thiên hà của chúng ta, rất khó đo lường vì nó không phải là dạ quang, và do đó vô hình với các phương pháp phát hiện thông thường.
Các ước tính hiện tại về tổng khối lượng của thiên hà dựa trên chuyển động của các dòng khí thủy triều và các cụm cầu, cả hai đều chịu ảnh hưởng của khối lượng hấp dẫn của thiên hà. Nhưng cho đến nay, các phép đo này đã tạo ra các ước tính khối lượng nằm trong khoảng từ một đến vài nghìn tỷ khối lượng mặt trời. Như giáo sư Loeb đã giải thích với Tạp chí Vũ trụ qua email, việc đo chính xác khối lượng của Dải Ngân hà có tầm quan trọng rất lớn đối với các nhà thiên văn học:
Milky Way Milky Way cung cấp một phòng thí nghiệm để thử nghiệm mô hình vũ trụ tiêu chuẩn. Mô hình này dự đoán rằng số lượng thiên hà vệ tinh của Dải Ngân hà phụ thuộc một cách hợp lý vào khối lượng của nó. Khi so sánh các dự đoán với điều tra dân số của các thiên hà vệ tinh đã biết, điều cần thiết là phải biết khối lượng Ngân hà. Hơn nữa, tổng khối lượng hiệu chỉnh lượng vật chất vô hình (tối) và thiết lập độ sâu của tiềm năng hấp dẫn và ngụ ý các ngôi sao nên di chuyển nhanh như thế nào để chúng trốn thoát vào không gian liên thiên hà.
Vì mục đích nghiên cứu của họ, Giáo sư Loeb và Tiến sĩ Fragione đã chọn cách tiếp cận mới lạ, liên quan đến việc mô hình hóa các chuyển động của HVS để xác định khối lượng của thiên hà chúng ta. Cho đến nay, hơn 20 HVS đã được phát hiện trong thiên hà của chúng ta, chúng di chuyển với tốc độ lên tới 700 km / giây (435 mi / giây) và nằm cách trung tâm thiên hà khoảng 100 đến 50.000 năm ánh sáng.
Những ngôi sao này được cho là đã bị đẩy ra khỏi trung tâm thiên hà của chúng ta nhờ vào sự tương tác của các ngôi sao nhị phân với lỗ đen siêu lớn (SMBH) ở trung tâm thiên hà của chúng ta - aka. Nhân Mã A *. Mặc dù nguyên nhân chính xác của chúng vẫn là chủ đề tranh luận, quỹ đạo của HVS có thể được tính toán vì chúng hoàn toàn được xác định bởi trường hấp dẫn của thiên hà.
Khi họ giải thích trong nghiên cứu của mình, các nhà nghiên cứu đã sử dụng sự bất đối xứng trong phân bố vận tốc hướng tâm của các ngôi sao trong quầng thiên hà để xác định tiềm năng hấp dẫn của thiên hà. Vận tốc của các ngôi sao quầng này phụ thuộc vào tốc độ thoát tiềm năng của HVS, với điều kiện là thời gian để các HVS hoàn thành một quỹ đạo duy nhất ngắn hơn thời gian tồn tại của các ngôi sao quầng.
Từ điều này, họ đã có thể phân biệt giữa các mô hình khác nhau cho Dải Ngân hà và lực hấp dẫn mà nó tác dụng. Bằng cách áp dụng thời gian di chuyển danh nghĩa của các HVS được quan sát này - mà chúng tính ra khoảng 330 triệu năm, tương đương với tuổi thọ trung bình của các ngôi sao quầng - chúng có thể lấy được ước tính hấp dẫn cho Dải Ngân hà cho phép ước tính khối lượng tổng thể của nó .
Loeb Bằng cách hiệu chỉnh tốc độ tối thiểu của các ngôi sao không liên kết, chúng ta thấy rằng khối lượng Ngân hà nằm trong phạm vi khối lượng mặt trời 1,2-1,9 nghìn tỷ, Loeb nói. Mặc dù vẫn phải tuân theo một phạm vi, ước tính mới nhất này là một cải tiến đáng kể so với ước tính trước đó. Hơn nữa, những ước tính này phù hợp với các mô hình vũ trụ hiện tại của chúng ta cố gắng tính toán tất cả các vật chất có thể nhìn thấy trong Vũ trụ, cũng như vật chất tối và năng lượng tối - mô hình Lambda-CDM.
Khối lượng Milky Way được suy luận nằm trong phạm vi dự kiến trong mô hình vũ trụ tiêu chuẩn, ông Leob nói, trong đó lượng vật chất tối lớn gấp khoảng năm lần so với vật chất thông thường (phát sáng).
Dựa trên sự cố này, có thể nói rằng vật chất bình thường trong thiên hà của chúng ta - tức là các ngôi sao, hành tinh, bụi và khí - chiếm từ 240 đến 380 tỷ Khối lượng Mặt trời. Vì vậy, nghiên cứu mới nhất này không chỉ cung cấp các ràng buộc khối lượng chính xác hơn cho thiên hà của chúng ta, nó còn có thể giúp chúng ta xác định chính xác có bao nhiêu hệ sao ngoài kia - các ước tính hiện tại nói rằng Dải Ngân hà có từ 200 đến 400 tỷ sao và 100 tỷ hành tinh .
Ngoài ra, nghiên cứu này cũng có ý nghĩa đối với nghiên cứu về sự hình thành và tiến hóa của vũ trụ. Bằng cách đặt các ước tính chính xác hơn về khối lượng thiên hà của chúng ta, những ước tính phù hợp với sự phân hủy hiện tại của vật chất bình thường và vật chất tối, các nhà vũ trụ học sẽ có thể xây dựng các tài khoản chính xác hơn về cách thức Vũ trụ của chúng ta xuất hiện. Một bước tiến để hiểu vũ trụ trên quy mô lớn nhất!
