นักดาราศาสตร์พยายามที่จะวัดมวลของทางช้างเผือกและพวกมันก็ขึ้นมาด้วยตัวเลขที่ต่างกัน แต่ไม่ใช่ว่าพวกเขาจะเก่งคณิตศาสตร์ การวัดมวลของบางสิ่งบางอย่างมหาศาลเท่าทางช้างเผือกกำลังสับสน นอกจากนี้เราฝังอยู่ในนั้น มันต้องใช้ความพยายามอย่างชาญฉลาดในการควบคุมมวลของมัน
มวลของทางช้างเผือกเป็นคำถามทางวิทยาศาสตร์พื้นฐานที่นักดาราศาสตร์พยายามตอบเป็นเวลาหลายสิบปี ปัญหาคือแม้แต่การประมาณการที่ดีที่สุดของนักดาราศาสตร์ก็แตกต่างกันไป ความยากลำบากไม่ได้เกิดจากการวัดมวลของดาวเอง มันมาจากความท้าทายในการวัดสสารมืด
ไม่รู้ว่าสสารมืดคืออะไร ตกลงนิตยสารอวกาศพร้อมให้ความช่วยเหลือ (หากคุณรู้ว่ามันคืออะไรคุณสามารถข้ามหัวข้อถัดไปได้)
พันธกรณี“ สสารมืดคืออะไร?” ส่วนหนึ่ง
ประการแรกสสารมืดเป็นสมมุติฐาน เราไม่รู้จริงๆว่ามันคืออะไร แต่เรารู้ว่ามันอยู่ที่นั่นหรือเรารู้ว่ามีบางอย่างอยู่ที่นั่น
สิ่งที่เราสามารถเห็นและโต้ตอบด้วยทำจากสิ่งที่เรียกว่า 'baryonic เรื่อง' มันทำจากอะตอมและเป็นทุกสิ่งที่เราคุ้นเคย: ร่างกายของเรา, ดาวเคราะห์, ดาว, แว่นตา, แว่นตาของ Kim Jong-un เป็นต้น แต่ สสารแบริออนคิดเป็นเพียงประมาณ 10-15% ของสสารในจักรวาล
เราคิดว่าสสารมืดประกอบขึ้นประมาณ 85-90% ของสสารในจักรวาล มันแตกต่างจากเรื่องปกติเพราะมันไม่ได้ทำงานกับแสงและเรามองไม่เห็น นั่นเป็นสาเหตุที่เรียกว่าสสารมืด
แต่เรารู้ว่ามันอยู่ที่นั่นเพราะกาแลคซีมีพฤติกรรมราวกับว่าพวกมันมีมวลมากกว่าที่เราเห็น คำใบ้ว่ามีแรงโน้มถ่วง กาแลคซีจะต้องมีมวลมากขึ้นและด้วยแรงโน้มถ่วงมากกว่าที่เราเห็นในเรื่องปกติของพวกมัน มวลและแรงโน้มถ่วงของพวกเขาจับยึดไว้ด้วยกัน
รุ่นสั้นคือสิ่งต่าง ๆ ไม่สามารถเป็นอย่างที่เป็นเว้นแต่พวกเขาจะมีมวลมากกว่าที่เราสามารถวัดได้
เป็นการยากที่จะวัดจริง ๆ
“เราไม่สามารถตรวจจับสสารมืดได้โดยตรง”
ลอร่าวัตคินส์, หอดูดาวยุโรปใต้
“เราไม่สามารถตรวจจับสสารมืดได้โดยตรงลอร่าวัตคินส์ (หอสังเกตการณ์ยุโรปใต้, เยอรมนี) อธิบายซึ่งนำทีมทำการวิเคราะห์ “นั่นคือสิ่งที่นำไปสู่ความไม่แน่นอนในปัจจุบันในมวลของทางช้างเผือก - คุณไม่สามารถวัดสิ่งที่คุณไม่เห็นอย่างแม่นยำ!“
ดังนั้นเราจะวัดสิ่งที่เราไม่เห็นได้อย่างไร นักดาราศาสตร์กำลังยุ่งอยู่กับการตรวจสอบผลกระทบของสสารมืดและจากนั้นทำงานย้อนหลัง แต่ถึงแม้จะมีความพยายามทั้งหมด แต่การคาดการณ์ก็แปรผันอย่างดุเดือดตั้งแต่ต่ำถึง 500 พันล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ของเราถึง 3 ล้านล้านเท่ามวลดวงอาทิตย์ของเรา นั่นเป็นความแตกต่างขนาดใหญ่และเป็นปัญหาที่ดุด่าอย่างแท้จริงในทางดาราศาสตร์ และเป็นเพราะความยากลำบากในการวัดสสารมืดทั้งหมด
ตอนนี้การศึกษาใหม่นำโดย Laura Watkins จากหอดูดาวยุโรปตอนใต้คิดว่าพวกเขาเข้ามาใกล้ที่สุดเพื่อวัดสสารมืดและด้วยเหตุนี้มวลทั้งหมดของทางช้างเผือก จำนวนของพวกเขา?
พวกเขาบอกว่าทางช้างเผือกบรรจุมวลดวงอาทิตย์มากถึง 1.5 ล้านล้านเท่าหรือมวลดวงอาทิตย์ 1.5 ล้านล้านดวงภายในรัศมี 125,000 ปีแสงจากใจกลางกาแลคซี
การศึกษาอาศัยการปล่อยข้อมูลที่สองจากภารกิจ Gaia ขององค์การอวกาศยุโรป ผู้เขียนผสมผสานกับการสำรวจจากกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิล
มาดูว่านักดาราศาสตร์วัดมวลของทางช้างเผือกได้อย่างไร
นักดาราศาสตร์ไม่สามารถทำการตรวจสอบตัวอย่างดาวฤกษ์จากนั้นประมาณค่าได้ ไม่ทำงานเพราะพวกเขาไม่เห็นสสารมืดทั้งหมด ดังนั้นพวกเขาจึงวัดสิ่งอื่น ๆ และต้องขอบคุณภารกิจ Gaia ทำให้มีการวัดจำนวนมากสำหรับพวกเขาแล้ว
เข้าสู่ Gaia และ Globular Clusters
Gaia เป็นภารกิจของ ESO ในการสร้างแผนที่ 3 มิติของทางช้างเผือก มันเป็นภารกิจที่ทะเยอทะยาน แต่ให้ผลลัพธ์ที่ยอดเยี่ยม Gaia ได้วัดความเร็วตำแหน่งและรัศมีของดาวฤกษ์ประมาณ 1,000 ล้านดวงในทางช้างเผือกและในกลุ่ม Local Local นี่คือประมาณหนึ่งเปอร์เซ็นต์ของดวงดาวในกาแลคซีของเรา นั่นอาจไม่ฟังดูเยอะนัก แต่ความแม่นยำของการวัดก็มีความสำคัญเช่นกันโดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อต้องทำการวัดสสารมืด
ดาวฤกษ์บางส่วนประมาณหนึ่งพันล้านดวงที่วัด Gaia อยู่ในกระจุกดาวทรงกลมที่อยู่ใกล้ทางช้างเผือก กระจุกดาวทรงกลมเป็นกลุ่มของดาวฤกษ์และมีประมาณ 150 ดวงที่โคจรรอบทางช้างเผือก ที่สำคัญที่สุดยิ่งกาแลคซีมีขนาดใหญ่ขึ้นเท่าไรก็จะยิ่งมีกระจุกดาวทรงกลมเร็วขึ้นเท่านั้น และ Gaia ให้การวัดความเร็วที่แม่นยำยิ่งขึ้นกว่าที่เคยเป็นมา
“ยิ่งกาแลคซีมีมวลมากเท่าไหร่ก็ยิ่งเคลื่อนไหวได้เร็วขึ้นภายใต้แรงโน้มถ่วง“
N. Wyn Evans, มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์, สหราชอาณาจักร
“ยิ่งกาแลคซีมีมวลมากเท่าไหร่ก็ยิ่งเคลื่อนไหวได้เร็วขึ้นภายใต้แรงโน้มถ่วงของมัน” N. Wyn Evans (มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์สหราชอาณาจักร) อธิบาย “การวัดก่อนหน้านี้ส่วนใหญ่พบความเร็วที่กระจุกดาวอยู่ใกล้หรือถอยห่างจากโลกนั่นคือความเร็วตามแนวสายตาของเรา อย่างไรก็ตามเราสามารถวัดการเคลื่อนที่ด้านข้างของกระจุกดาวซึ่งสามารถคำนวณความเร็วรวมและมวลกาแลคซีได้“
ฮับเบิลช่วยได้
ยิ่งกระจุกดาวทรงกลมไกลออกไปยิ่งบอกพวกเขาถึงมวลของทางช้างเผือกมากขึ้นเท่านั้น แม้ว่า Gaia จะให้การตรวจวัดความเร็วที่แม่นยำอย่างมากในกลุ่มมันเป็นกล้องโทรทรรศน์อวกาศฮับเบิลที่น่าเคารพซึ่งวัดกลุ่มได้ไกลถึง 130,000 ปีแสงจากโลกเพิ่มความแม่นยำให้กับการวัดมวลใหม่สำหรับทางช้างเผือก
“กระจุกทั่วโลกขยายออกไปเป็นระยะทางไกลดังนั้นพวกเขาจึงถูกมองว่าเป็นนักสะกดรอยที่ดีที่สุดที่ใช้วัดมวลกาแลคซีของเราโทนี่ซอห์ (สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศสหรัฐอเมริกา) ผู้เป็นผู้นำการตรวจวัดฮับเบิลกล่าว
“เราโชคดีที่มีชุดค่าผสมของข้อมูลที่ดีเยี่ยม” Roeland P. van der Marel (สถาบันวิทยาศาสตร์กล้องโทรทรรศน์อวกาศสหรัฐอเมริกา) อธิบาย “ด้วยการรวมการวัดของกระจุกดาวทรงกลม 34 ดวงกับการวัดกระจุกดาวฤกษ์ไกลโพ้นอีก 12 แห่งจากฮับเบิลเราสามารถตรึงมวลของทางช้างเผือกในแบบที่จะเป็นไปไม่ได้หากไม่มีกล้องโทรทรรศน์อวกาศสองดวงนี้“
ทำไมมันถึงสำคัญ
ตอนนี้คืออะไร
มวลของทางช้างเผือกนั้นเป็นมากกว่าความอยากรู้อยากเห็นมันเป็นส่วนที่อยู่ภายในและมีความสำคัญของคำถามที่มีขนาดใหญ่กว่ามาก เนื้อหาสสารมืดของกาแลคซีเชื่อมโยงกับการก่อตัวและการเติบโตของโครงสร้างในจักรวาล
การตรวจวัดมวลของทางช้างเผือกที่แม่นยำยิ่งขึ้นช่วยให้เราเข้าใจกาแลคซีในบ้านและสถานที่ในจักรวาล
ไม่เลว.
แหล่งที่มา:
- รายงานการวิจัย: หลักฐานทางช้างเผือกระดับกลาง - มวลจาก Gaia DR2 Halo การเคลื่อนที่แบบกลุ่มกลม
- ข่าวประชาสัมพันธ์: ฮับเบิลและไกอาให้น้ำหนักทางช้างเผือกอย่างแม่นยำ
