Od rojstva sodobne astronomije so si znanstveniki prizadevali ugotoviti polni obseg galaksije Mlečna pot in izvedeti več o njeni zgradbi, nastanku in evoluciji. Trenutno astronomi ocenjujejo, da je premer od 100.000 do 180.000 svetlobnih let in da je sestavljen od 100 do 400 milijard zvezd - čeprav nekatere ocene pravijo, da bi jih lahko bilo kar 1 bilijona.
In vendar, tudi po desetletjih raziskav in opazovanj še vedno veliko o naših galaksijah astronomi ne vedo. Na primer, še vedno poskušajo ugotoviti, kako obsežna je Mlečna pot, ocene pa so zelo različne. V novi raziskavi skupina mednarodnih znanstvenikov predstavlja novo metodo za tehtanje galaksije, ki temelji na dinamiki galaksij satelitov Mlečne poti.
Študija z naslovom "Masa Mlečne poti iz satelitske dinamike" se je nedavno pojavila v časopisu Mesečna obvestila Royal Astronomical Society. Študijo je vodil Thomas Callingham z Inštituta za računalniško kozmologijo Univerze v Durhamu, vključevali pa so člane Massachusetts Institute of Technology (MIT), Heidelberškega inštituta za teoretične študije in več univerz.
Kot navajajo v svoji študiji, je masa Mlečne poti bistvenega pomena za naše razumevanje astrofizike. Ne le, da je pomembna pri umeščanju naše galaksije v kontekst splošne populacije galaksij, ampak ima pomembno vlogo tudi pri obravnavi nekaterih največjih skrivnosti, ki izhajajo iz naših trenutnih astrofizičnih in kozmoloških teorij.
Sem spadajo pretanke tvorbe galaksij, neskladja z aktualnim modelom Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), alternativne teorije o naravi temne snovi in obsežna struktura vesolja. Še več, prejšnje študije so ovirale številne dejavnike, med katerimi je tudi dejstvo, da halo temne snovi Mlečne poti (ki predstavlja večino njene mase) ni mogoče neposredno opazovati.
Drugo pomembno vprašanje je dejstvo, da je težko izmeriti obseg in maso Mlečne poti, ker smo znotraj nje. Kot rezultat tega so prejšnje študije, ki so poskušale sklepati na maso naše galaksije, povzročile množične ocene, ki so se gibale od približno 500 milijard do 2,5 trilijona krat večje od mase našega Sonca (sončne mase). Kot je Callingham razložil Space Magazine po e-pošti, je bil potreben izpopolnjen pristop:
"Večina galaksije je v halo temne snovi, ki je ni mogoče neposredno opaziti. Namesto tega sklepamo o njegovih lastnostih z opazovanjem različnih dinamičnih sledilcev, ki čutijo gravitacijske učinke temne snovi - na primer zvezdne populacije, kroglaste grozde, pare in satelitske galaksije. Večina teh leži v središču naše galaksije v galaktičnem disku (znotraj ~ 10kpc) in zvezdnem halou (~ 15kpc), kar lahko da dobre ocene mase notranjega območja. Vendar halo DM doseže ~ 200kpc, zato smo se odločili, da se osredotočimo na satelitske galaksije, kot enega izmed sledilcev, ki sondirajo te zunanje dele galaksije. "
Skupina se je zaradi svoje študije sklicevala na podatke iz druge izdaje satelita Gaia (izdaja DR2), da bi bolje omejila maso Mlečne poti. Misija Gaia, ki je o naši galaksiji zagotovila več informacij kot kdaj koli prej, vključuje položaj in relativne gibe neštetih zvezd na Mlečni poti - vključno s tistimi, ki so v satelitskih galaksijah. Kot je navedel Callingham, se je to izkazalo za zelo koristno za omejevanje mase Mlečne poti:
„Primerjamo orbitalne lastnosti Energetski in kotni moment satelitskih galaksij MW s tistimi, ki jih najdemo v simulacijah. Uporabili smo najnovejša opazovanja satelitov MW iz nedavnega nabora podatkov Gaia DR2 in vzorec primernih galaksij in satelitskih galaksij iz simulacij EAGLE, vodilna simulacija je potekala v Durhamu z veliko prostornino in polno hidrodinamično barionsko fiziko. "
Programska oprema EAGLE (Evolucija in montaža GaLaxies in njihovih okolij), ki jo je razvil Inštitut za računalniško kozmologijo univerze Durham, modelira tvorbo struktur v kozmološkem volumnu, ki na strani meri 100 Megaparsec (več kot 300 milijonov svetlobnih let). Vendar pa je uporaba te programske opreme za sklepanje o množici Mlečne poti predstavljala nekatere izzive.
"Izziv za to so omejeni vzorci galaksij velikosti MW v EAGLE (ali pa res kakršna koli simulacija)," je dejal Callingham. "Da bi to pomagali, uporabimo razmerje z množičnim skaliranjem, da bi lahko naš skupni vzorec galaksij enake masi. To nam omogoča učinkovito uporabo več iz našega nabora podatkov in močno izboljšuje našo statistiko. Našo metodo smo nato natančno preizkusili tako, da smo našli maso simuliranih galaksij iz EAGLE in Auriga simulacij - neodvisnega nabora simulacij visoke ločljivosti. To zagotavlja, da je naša množična ocena robustna in da ima realne napake (nekaj, kar se polje včasih spopada z analitičnimi predpostavkami). "
Iz tega so ugotovili, da je skupna halo masa Mlečne poti približno 1,04 x 1012 (več kot 1 trilijona) Sončne mase z 20-odstotno mero napake. Ta ocena veliko bolj strogo omejuje maso Mlečne poti kot prejšnje ocene in bi lahko imela pomembne posledice na področjih astronomije, astrofizike in kozmologije. Kot je povzel Callingham:
»Strožja ocena mase se lahko uporablja na več načinov. Pri galaksijskem modeliranju je DM halo ozadje, na katerega se prilegajo zvezdne komponente. Številne metode za preizkušanje narave DM, kot sta zgradba halo DM in gostota DM na Zemlji za namene neposrednega odkrivanja, so odvisne od mase MW. Maso lahko uporabimo tudi za napovedovanje števila satelitskih galaksij okoli MW, ki jih pričakujemo. "
Poleg tega, da astronomom zagotavlja izpopolnjene meritve mase Mlečne poti - kar bo daleč do obveščanja o našem razumevanju njegove velikosti, obsega in populacije satelitskih galaksij - ima ta študija tudi posledice za naše razumevanje vesolja kot celote. Še več, to je bila mogoča še ena prelomna študija Gaja druga objava podatkov.
Tretja izdaja Gaia podatki naj bi bili objavljeni konec leta 2020, končni katalog pa bo objavljen v letih 2020. Medtem je bila razširitev za Gaia misija, ki bo zdaj še naprej delovala do konca leta 2020 (potrjeno bo konec tega leta).
