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咱们的银河系有多重?

admin 2019-05-11 147人围观 ,发现0个评论

横幅图片:此图显现了咱们银河系的根本结构:螺旋盘(spiral disk),中心核球(bulge),以及恒星和球状星团的漫射晕(diffuse halo)。银河系周围的很多暗物质晕并没有显现。

Credits: NASA, ESA and A. Feild (STScI)

咱们无法称出整个银河系的质量,可是地理学家现已能运用NASA的哈勃太空望远镜和欧洲航天局的盖亚卫星(Gaia satellite),对咱们银河系的质量进行准确的丈量。

依据最新的丈量数据,银河系大约有1.5万亿太阳质量(solar mass,太阳质量约为2*10^30kg)。这其间只要很小一部分来自银河系中大约2000亿颗恒星和中心一个400万太阳质量的超大质量黑洞。大部分质量来自暗物质,一种“看不见”的神秘物质,就像世界中的脚手架相同,将恒星保持在它们的星系中。(咱们为什么知道暗物质的存在呢?请看文末)

左面是哈勃太空望远镜拍照的一部分球状星团NGC 5466的图画。右边的动图咱们的银河系有多重?对比了相隔十年拍照的哈勃图画以核算星团的速度。布景中的网格有助于显现远景星团(坐落52,000光年之外)中的恒星运动。注,布景星系(别离坐落中心右上和中心左下)好像没有移动,因为它们间隔咱们数百万光年之远。

Credits: NASA, ESA and S.T. Sohn and J. DePasquale (STScI)

早在几十年前的研讨就运用了各种观测技能来预算咱们银河系的质量,估量值在5000亿到3万亿太阳质量之间。改善后的丈量值挨近这个规模的中心。

太空望远镜科学研讨所(STScI,坐落马里兰州的巴尔的摩)的Roeland van der Marel说:“咱们期望更准确地了解银河系的质量,以便咱们能够将其置于世界学布景中并与星系演化模仿进行比较。不知道银河系的准确质量会为许多世界学问题带来问题。”

与世界中的其他星系比较,新的质量估量使咱们星系置于较大的一边。最轻的星系大约有10亿个太阳质量,而最重的则有30万亿(是轻的30,000倍)。银河系的质量(1.5万亿太阳质量)关于其亮度的星系来说是适当正常的。

地理学家运用哈勃望远镜和盖亚卫星来丈量球状星团的三维运动,球状星团(globular clusters)就像个孤立的球形岛,每个都包含数十万颗恒星,每颗恒星环绕咱们银河系的中心运转。

尽管咱们并看不到,但暗物质是世界中物质的首要方式,咱们能够经过它对像球状星团这样的可见物质的影响来衡量它的质量。星系质量越大,其间的球状星团在重力效果下运动得越快。大多数从前的丈量一向沿着到球glove状星团的视界,因而地理学家知道球状星团挨近或远离地球的速度。但是,哈勃和盖亚记录了球状星团的侧向运动,从中能够核算出更牢靠的速度(因而也能够核算重力加速度)。

哈勃望远镜和盖亚的观测是互补咱们的银河系有多重?的。盖亚卫星专门用于在整个银河系中创立准确的地理物体三维地图并盯梢它们的运动。它进行了准确的全天丈量,包含许多球状星团。哈勃望远镜的视界较小,但它能够观测较暗的恒星,因而能够看见更远的星团。这项新研讨用了盖亚丈量的65,000光年内的34个球状星团,以及哈勃从10年间拍照的图画中取得的130,000光年内的12个星团。

当盖亚和哈勃望远镜的咱们的银河系有多重?丈量成果结合,地理学家能够预算出银河系距地球近100万光年内的质量散布。

“咱们从世界学模仿得知星系中质量的散布应该是什么样的,因而咱们能够核算出这种揣度关于银河系的准确程度,”欧洲南边地理台(European Southern Observatory,坐落德国加兴)的Laura Watkins说。她是这次哈勃/盖亚研讨的榜首作者,该论文将宣布在《天体物理学杂志(The Astrophysical Journal)》上。这些核算依据盖亚和哈勃望远镜关于球状星团运动的准确丈量,使研讨人员能够确认整个银河系的质量。

银河系中最早的“住户”,球状星团包含已知最陈旧的恒星,可追溯到大爆炸后的几亿年内。它们构成于银河系螺旋盘之前,咱们的太阳系就在螺旋盘上。

“因为它们的间隔很远,球状星团是一些最好的示踪剂(tracers),地理学家能够丈量星系周围暗物质的巨大质量,它们的散布远远超出星咱们的银河系有多重?系的螺旋盘,”STScI的Tony Sohn说道,他领导了哈勃的丈量。

本研讨中的世界地理学家团队包含Laura Watkins(欧洲南边地理台,坐落德国加兴)、Roeland van der Marel(太空望远镜科学研讨所和约翰霍普金斯大学天体物理科学中心,坐落马里兰州巴尔的摩)、Sangmo Tony Sohn(太空望远镜科学研讨所,坐落马里兰州巴尔的摩)和N. Wyn Evans(剑桥大学,坐落英国剑桥)。

哈勃太空望远镜是NASA和ESA之间的世界合作项目。NASA的戈达德太空飞行中心担任办理望远镜,太空望远镜科学研讨所(STScI)担任哈勃科学运营。 STScI由华盛顿特区地理研讨大学协会为NASA运营。

暗物质的观测依据:

1. 星系自转曲线(Galaxy Rotation Curves)

Credit:Van Albada et al. (左), A. Carati, via arXiv:1111.5793 (右).

上图是星系NGC 3198中恒星轨迹速度vs距星系中心的间隔。右图榜首条曲线上的点是观测值,第二条是理论曲线(左图相似)。依据经典力学,当恒星离中心越远,它们的速度变慢。但观测表明,跟着离星系中心的间隔添加,恒星的轨迹速度根本不变,阐明有咱们看不见的质量来保持这个速度,并且暗物质的散布远超出于咱们看的见的星系的鸿沟。

2. 子弹星系团(The Bullet Cluster)

Credit:NASA

上图是两个星团因为引力彼此接近并发作磕碰后的组成图片。紫色部分是哈勃望远镜经过引力透镜(gravitational lensing,即光经过引力而曲折,曲折程度取决于引力场的强弱,然后可预算质量散布)检测到的星团质量,粉色部分是咱们的银河系有多重?钱德拉X射线地理台(Chandra X-ray Observatory)检测到的X射咱们的银河系有多重?线。这两个质量中心并不重合:X射线来自于“热气体(hot gas),”磕碰使它们彼此效果;而引力透镜检测到的暗物质并不彼此效果,它们直接穿过对方,并不像表明气体质量的粉色部分还在“羁绊”。

除了这两个,暗物质的观测依据还包含星系团(Galaxy Clusters)、世界微波布景

(CMB,Cosmic Microwave Background)、大标准结构的构成(Large-Scale Structure Formation)等。

参阅:

[1]https://www.nasa.gov/feature/goddard/2019/what-does-the-milky-way-weigh-hubble-and-gaia-investigate

[2]https://apod.nasa.gov/apod/ap170115.html

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