Astronomové se stále snaží měřit hmotnost Mléčné dráhy a stále přicházejí s různými čísly. Ale není to tak, že jsou špatně v matematice. Měření hmotnosti něčeho tak obrovského, jako je Mléčná dráha, je matoucí. Navíc jsme v něm zabudováni; to vyžaduje nějaké velmi chytré manévrování, aby se omezila jeho hmotnost.
Hmota Mléčné dráhy je základní vědeckou otázkou, na kterou se astronomové pokoušejí odpovědět po celá desetiletí. Problém je, že nejlepší odhady astronomů se velmi liší. Obtížnost nevyplývá z měření hmotnosti samotných hvězd. Vychází z výzvy měření temné hmoty.
Nevíte, co je temná hmota? Dobře, Space Magazine je tu pro pomoc. (Pokud víte, co to je, můžete přeskočit další sekci.)
Povinná „Co je temná hmota?“ Část
Za prvé, temná hmota je hypotetická. Opravdu nevíme, co to je. Ale víme, že je tam, nebo spíše víme něco, co tam je.
Věci, které můžeme vidět a pracovat s nimi, jsou vyrobeny z toho, co se nazývá „baryonická hmota“. Je vyrobena z atomů a ze všech věcí, které známe: Naše těla, planety, hvězdy, brýle Kim Jong-un, atd. Ale baryonická hmota tvoří pouze asi 10-15% hmoty ve vesmíru.
Myslíme si, že temná hmota tvoří asi 85-90% hmoty ve vesmíru. Odlišuje se od běžné hmoty, protože neinteraguje se světlem a my to nevidíme. Proto se tomu říká temná hmota.
Ale víme, že je to proto, že galaxie se chovají, jako by měly mnohem větší hmotu, než můžeme vidět. Náznak, že je tam v gravitaci. Galaxie musí mít větší hmotu, a tedy větší gravitaci, než můžeme vidět v jejich běžné záležitosti, jinak by se prostě rozpadly. Jejich hmotnost a gravitace je drží pohromadě.
Krátká verze je taková, že věci prostě nemohou být takové, jaké jsou, ledaže by bylo mnohem více hmoty, než bychom mohli měřit.
Je opravdu těžké měřit
“Prostě nemůžeme detekovat temnou hmotu přímo.”
Laura Watkins, Evropská jižní observatoř
“Prostě nemůžeme detekovat temnou hmotu přímo,“Vysvětluje Laura Watkins (Evropská jižní observatoř, Německo), která vedla tým provádějící analýzu. „To vede k současné nejistotě v hmotnosti Mléčné dráhy - nemůžete přesně měřit to, co nevidíte!“
Jak tedy můžeme měřit něco, co nevidíme? Astronomové se zaneprázdnili měřením účinku temné hmoty a poté druhem práce dozadu. Ale i s veškerým vynaloženým úsilím se odhady liší divoce, od pouhých 500 miliardkrát větší než je naše Slunce, až po 3 biliony krát větší než naše Slunce. To je obrovský rozpor a skutečný nepříjemný problém v astronomii. A je to kvůli obtížnosti měření veškeré temné hmoty.
Nová studie vedená Laurou Watkinsovou z Evropské jižní observatoře si nyní myslí, že se nejblíže změřily temnou hmotu a tedy celou hmotu Mléčné dráhy. Jejich počet?
Říká se, že Mléčná dráha obsahuje 1,5 bilionkrát větší množství hmoty než naše Slunce nebo 1,5 bilionu slunečních hmot, v okruhu 125 000 světelných let od galaktického centra.
Studie se opírá o druhé vydání dat z mise Evropské kosmické agentury Gaia. Autoři jej spojili s pozorováním z pracovního koše Hubble Space Telescope.
Podívejme se na to, jak astronomové měří hmotnost Mléčné dráhy.
Astronomové nemohou provádět pouze vzorky měření hvězd a poté extrapolovat. To nefunguje, protože nevidí veškerou temnou hmotu. Takže měří jiné věci. A díky misi Gaia pro ně již byla provedena řada měření.
Zadejte Gaia a Globulární klastry
Gaia je úkolem ESO vytvořit 3D mapu Mléčné dráhy. Je to ambiciózní mise, ale přinesla skvělé výsledky. Gaia změřila polohovou a radiální rychlost asi jedné miliardy hvězd v Mléčné dráze a v místní skupině. To je asi jedno procento hvězd v naší galaxii. To nemusí znít jako hodně, ale přesnost měření je opravdu důležitá, zejména pokud jde o měření temné hmoty.
Některé z přibližně jedné miliardy hvězd, které Gaia měřila, jsou v kulovitých shlucích, které jsou poblíž Mléčné dráhy. Kulové hvězdokupy jsou sférické sbírky hvězd, z nichž kolem 150 obíhá Mléčná dráha. A co je nejdůležitější, čím masivnější je galaxie, tím rychleji obíhají kulové hvězdokupy. A Gaia nám dala přesnější měření jejich rychlosti než kdy předtím.
“Čím hmotnější je galaxie, tím rychleji se její shluky pohybují pod tíhou gravitace.“
N. Wyn Evans, University of Cambridge, Velká Británie.
“Čím hmotnější je galaxie, tím rychleji se její shluky pohybují pod tíhou gravitace“Vysvětluje N. Wyn Evans (University of Cambridge, UK). „Většina předchozích měření našla rychlost, jakou se klastr blíží nebo ustupuje ze Země, to je rychlost podél naší linie vidění. Mohli jsme však také měřit postranní pohyb shluků, z nichž lze vypočítat celkovou rychlost a následně galaktickou hmotu.“
Hubble pomáhá
Čím dál je kulovitá shluk, tím více nám říkají o hmotnosti Mléčné dráhy. Přestože Gaia poskytla extrémně přesné měření rychlosti shluků, byl to úctyhodný Hubbleův kosmický dalekohled, který měřil shluky až do vzdálenosti 130 000 světelných let od Země, čímž do nového měření hmotnosti pro Mléčnou dráhu přidal velkou přesnost.
“Globální shluky sahají do velké vzdálenosti, takže jsou považovány za nejlepší sledovací astronomy, které používají k měření hmotnosti naší galaxie“Řekl Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), který vedl Hubbleova měření.
“Měli jsme štěstí, že jsme měli tak skvělou kombinaci dat,“Vysvětlil Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). „Kombinací Gaiaho měření 34 globulárních shluků s měřením dalších 12 vzdálených shluků od Hubbleu bychom mohli omezit hmotnost Mléčné dráhy způsobem, který by nebyl možný bez těchto dvou vesmírných dalekohledů.“
Proč to záleží
Takže co teď?
Hmota Mléčné dráhy je víc než jen zvědavost, je to vnitřní a důležitá součást mnohem větších otázek. Obsah temné hmoty galaxie souvisí s tvorbou a růstem struktur ve vesmíru.
Toto přesnější měření hmotnosti Mléčné dráhy nám pomáhá pochopit naši domácí galaxii a její místo ve vesmíru.
Není špatné.
Zdroje:
- Výzkumná studie: Důkazy pro středně masovou mléčnou dráhu z Gaia DR2 Halo globulárních klastrových pohybů
- Tisková zpráva: Hubble a Gaia přesně váží Mléčnou dráhu
