Astronoomid proovivad pidevalt Linnutee massi mõõta ja nad esitavad pidevalt erinevaid numbreid. Kuid pole nii, et nad on matemaatikas halvad. Midagi nii tohutu kui Linnutee massi mõõtmine on segane. Lisaks oleme sellesse sulandunud; selle massi piiramiseks on vaja väga nutikat manööverdamist.
Linnutee mass on fundamentaalne teaduslik küsimus, millele astronoomid on aastakümneid püüdnud vastata. Probleem on selles, et isegi astronoomide parimad hinnangud on metsikult erinevad. Raskused ei teki mitte tähtede massi mõõtmisest. See tuleneb tumeda aine mõõtmise väljakutsetest.
Kas te ei tea, mis on tume aine? Olgu, Space Magazine on siin abiks. (Kui teate, mis see on, siis võite järgmise jaotise vahele jätta.)
Kohustuslik “Mis on tume asi?” Osa
Esiteks on tume aine hüpoteetiline. Me ei tea tegelikult, mis see on. Kuid me teame, et see on olemas, või pigem teame, et seal on midagi.
Asjad, mida saame näha ja millega suhelda, on valmistatud nn barüoonilisest ainest. See koosneb aatomitest ja kõikidest asjadest, millega oleme tuttavad: Meie kehad, planeedid, tähed, Kim Jong-uni prillid jne. barüoonne aine moodustab universumis ainult umbes 10-15% ainest.
Me arvame, et tume aine moodustab universumis olevast ainest umbes 85–90%. See erineb tavalisest asjast, kuna see ei ole valgusega koos ja me ei näe seda. Sellepärast nimetatakse seda tumeaineks.
Kuid me teame, et see on olemas, kuna galaktikad käituvad justkui nende mass oleks palju suurem, kui me näeme. Vihje, et see seal on, on raskustes. Galaktikatel peab olema rohkem massi ja seega ka suuremat gravitatsiooni, kui me näeme nende tavalises aines või nad lendaksid lihtsalt laiali. Nende mass ja raskus hoiab neid koos.
Lühike versioon on see, et asjad ei saa lihtsalt olla nii nagu nad on, kui massi pole palju rohkem kui me suudame mõõta.
Seda on tõesti raske mõõta
“Me ei suuda lihtsalt tumedat ainet otse tuvastada.”
Laura Watkins, Euroopa Lõunavaatluskeskus
“Me ei saa lihtsalt tumedat ainet otse tuvastada,”Selgitas analüüsi teostanud meeskonda juhtinud Laura Watkins (Euroopa Lõunavaatluskeskus, Saksamaa). “Just see põhjustab Linnutee massis praegust ebakindlust - te ei saa täpselt mõõta seda, mida te ei näe!“
Niisiis, kuidas saaksime mõõta midagi, mida me ei näe? Astronoomid hõivavad ise tumeda aine mõju mõõtmise ja seejärel omamoodi töö tagurpidi. Kuid isegi kõigi selle nimel tehtud pingutuste korral varieeruvad hinnangud metsikult - meie Päikese massist kuni 500 miljardit korda kuni meie Päikese massini kuni 3 triljonit korda. See on tohutu lahknevus ja tõeline näriv probleem astronoomias. Ja see on tingitud kogu tumeda aine mõõtmisest.
Uus uuring, mida juhib Euroopa Lõunavaatluskeskuse Laura Watkins, arvab, et nad on veel jõudnud Linnutee tumeda aine ja seega kogu massi mõõtmisele. Nende arv?
Nende sõnul sisaldab Linnutee galaktika keskmest 125 000 valgusaasta raadiuses 1,5 triljonit korda rohkem massi kui meie Päike või 1,5 triljonit päikese massi.
Uuring tugineb Euroopa Kosmoseagentuuri Gaia missiooni teisele andmetele. Autorid ühendasid selle tööhobuse Hubble'i kosmoseteleskoobi vaatlustega.
Vaatame sisse, kuidas astronoomid mõõdavad Linnutee massi.
Astronoomid ei saa lihtsalt tähtede mõõtmist võtta ja seejärel ekstrapoleerida. See ei toimi, kuna nad ei näe kogu tumedat ainet. Nad mõõdavad muid asju. Ja tänu Gaia missioonile on nende jaoks juba hunnik mõõtmisi tehtud.
Sisenege Gaia ja globaalsetesse klastritesse
Gaia on ESO missioon luua Linnutee 3D-kaart. See on ambitsioonikas missioon, kuid see on andnud suurepäraseid tulemusi. Gaia on Linnuteel ja kohalikus rühmas mõõtnud umbes ühe miljardi tähe asukoha ja radiaalse kiiruse. See on umbes üks protsent meie galaktika tähtedest. See ei pruugi kõlada palju, kuid ka mõõtmiste täpsus on väga oluline, eriti kui tegemist on tumeda aine mõõtmisega.
Mõned umbes miljardist Gaia mõõdetud tähest asuvad Linnutee lähedal asuvates globaalsetes klastrites. Globulaarsed klastrid on sfäärilised tähekogud ja neist umbes 150 Linnuteed tiirlevad. Mis kõige tähtsam - mida massiivsem on galaktika, seda kiiremini ringikujulised klastrid orbiidil asuvad. Ja Gaia on andnud meile nende kiiruse täpsemaid mõõtmisi kui kunagi varem.
“Mida massiivsem galaktika, seda kiiremini liiguvad selle klastrid raskusjõu mõjul.“
N. Wyn Evans, Cambridge'i ülikool, Suurbritannia.
“Mida massiivsem galaktika, seda kiiremini liiguvad selle klastrid raskusjõu mõjul”Selgitab N. Wyn Evans (Cambridge'i ülikool, Suurbritannia). “Enamik varasemaid mõõtmisi on leidnud kiiruse, mille järgi klaster läheneb või taandub Maalt, see on kiirus piki meie vaatepunkti. Siiski saime mõõta ka klastrite liikumist külgsuunas, mille põhjal saab arvutada kogukiiruse ja sellest tulenevalt ka galaktilise massi.“
Hubble aitab välja
Mida kaugemal on globaalne klaster, seda rohkem räägivad nad meile Linnutee massist. Ehkki Gaia esitas klastrite äärmiselt täpsed kiirusemõõtmised, mõõtis just auväärne Hubble'i kosmoseteleskoop Maast 130 000 valgusaasta kaugusel asuvaid kobaraid, lisades Linnutee uuele massimõõtmisele palju täpsust.
“Globaalsed klastrid ulatuvad kaugele, nii et neid peetakse parimateks jälgimisnäitajateks, mida astronoomid meie galaktika massi mõõtmiseks kasutavad”Ütles Tony Sohn (USA kosmoseteleskoobi teadusinstituut), kes juhtis Hubble'i mõõtmisi.
“Meil vedas, et meil oli nii suurepärane andmete kombinatsioon,”Selgitas Roeland P. van der Marel (kosmoseteleskoobi teadusinstituut, USA). “Kui ühendada Gaia 34 ümmarguse klastri mõõtmised Hubble'i 12 kaugema klastri mõõtmistega, saaksime Linnutee massi kinnitada viisil, mis oleks nende kahe kosmoseteleskoobi korral võimatu.“
Miks see on oluline
Mis nüüd siis saab?
Linnutee mass on midagi enamat kui lihtsalt uudishimu, see on lahutamatu ja oluline osa palju suurematest küsimustest. Galaktika tumeaine sisaldus on seotud struktuuride moodustumise ja kasvuga universumis.
Linnutee massi täpsem mõõtmine aitab meil mõista oma kodust galaktikat ja selle kohta kosmoses.
Pole paha.
Allikad:
- Uurimisdokument: Gaia DR2 Halo gloobuse klastri liikumiste massilise Linnutee tõendid
- Pressiteade: Hubble ja Gaia kaaluvad Linnutee täpselt üles
