哈勃望遠鏡與蓋亞探測器測量出銀河系最精確的質量_風聞
酆都御史-仰观宇宙之大,俯察品类之盛2019-03-08 16:18
我們沒有辦法將整個銀河系放在一個枱秤上稱重,但是天文學家早在幾十年前就通過各種觀測手段與計算方法,估算過銀河系的質量,結果大約在5000億到3萬億太陽質量之間。

最近天文學家使用哈勃太空望遠鏡和蓋亞探測器的觀測數據,對銀河系的質量進行了更準確的測量。通過測量銀河系中球狀星團的三維運動,目前已經將銀河系的質量精確到約為1.5萬億個太陽質量。這個數值中只有很少一部分來自銀河系中所包含的大約2千億顆恆星的質量,以及在銀河中心的那個400萬倍太陽質量的超大黑洞。
即使考慮到銀河系中塵埃與氣體雲團等所有可見物質的質量,這個數值也説明銀河系的大部分質量被隱藏在暗物質中。
暗物質是一種目前依然觀測不到的神秘物質,由於它的存在,宇宙被約束成目前的模樣,並將恆星維持在它們所在的星系中。

雖然我們檢測不到暗物質,並且對它非常缺乏瞭解,但可以確定的是:暗物質是宇宙中物質的主要形式,它貢獻了一個星系的大多數質量。而星系質量越大,其中的球狀星團在引力作用下運動的越快。因此我們可以通過它對球狀星團之類的天體的影響來衡量星系中的暗物質質量。
球狀星團是孤立的恆星團,每個都包含數十萬顆恆星,共同圍繞銀河系的中心運行。球狀星團是銀河系中最早的成員,包含着最古老的恆星,它們的出現可追溯到大爆炸之後的幾億年時間,它們是在銀河系的螺旋結構形成之前產生的,由於它們的距離很遠,對於測量星系中暗物質的質量來説,它們是最好的研究對象。
蓋亞專門用於觀測並建立銀河系範圍內天體的準確位置並跟蹤它們的運動,它的觀測範圍很廣泛,包括許多球狀星團。而哈勃望遠鏡雖然視野較小,但它可以觀測較暗的恆星,因此觀測的更遠。哈勃望遠鏡和蓋亞探測器的觀測是互補的。這項研究將蓋亞的觀測範圍提高到了6.5萬光年內,包括34個球狀星團,而哈勃則從10年間拍攝的圖像中獲得了13萬光年範圍內12個星團的數據。結合蓋亞和哈勃的觀測,天文學家可以估算出銀河系的質量範圍分佈接近100萬光年。
以前對很多球狀星團的觀測獲得了它們的視向運動速度,即接近或離開的速度。結合哈勃與蓋亞記錄的側向運動速度,就可以計算出更準確的空間速度,由此計算出重力加速度,進而得到整個銀河系的質量。
這個數值也顯示出我們的銀河系比其他很多星系更加強大。目前觀測到最小的星系大約有10億個太陽質量,而最大的星系達到30萬億太陽質量,相差3萬倍。
獲得更準確的銀河系的質量,使我們可以在宇宙學研究中將其與不斷改進的星系模型計算結果進行比較,還能解決宇宙學中的許多其他難題。