אסטרונומים מנסים כל הזמן למדוד את מסת שביל החלב והם ממשיכים למצוא מספרים שונים. אבל זה לא שהם רעים במתמטיקה. מדידת המסה של משהו עצום כמו שביל החלב היא מבלבלת. בנוסף, אנו מוטמעים בזה; דרוש תמרון מאוד חכם כדי להגביל את המסה שלו.
המסה של שביל החלב היא שאלה מדעית בסיסית שאסטרונומים מנסים לענות עליה במשך עשרות שנים. הבעיה היא שאפילו ההערכות הטובות ביותר של אסטרונומים משתנות מאוד. הקושי לא נובע ממדידת מסת הכוכבים עצמם. זה בא מהאתגר של מדידת חומר אפל.
אינך יודע מה זה חומר אפל? אוקיי, מגזין החלל כאן כדי לעזור. (אם אתה יודע מה זה, אתה יכול לדלג על החלק הבא).
החובה "מה זה חומר אפל?" חלק
ראשית, חומר אפל הוא היפותטי. אנחנו לא באמת יודעים מה זה. אבל אנחנו יודעים שהוא שם, או ליתר דיוק אנחנו יודעים שמשהו שם.
הדברים שאנחנו יכולים לראות ומתקשרים איתם עשויים מה שמכונה 'חומר בריוני'. זה עשוי מאטומים וזה כל הדברים שאנחנו מכירים: גופנו, כוכבי הלכת, הכוכבים, משקפי הראייה של קים ג'ונג און וכו '. חומר בריוני מהווה רק כ-10-15% מהחומר ביקום.
אנו חושבים שחומר אפל מהווה כ- 85-90% מהחומר ביקום. זה נבדל מחומר רגיל מכיוון שהוא אינו מתקשר עם אור ואנחנו לא יכולים לראות אותו. זו הסיבה שזה נקרא חומר אפל.
אבל אנחנו יודעים שזה שם מכיוון שגלקסיות מתנהגות כאילו יש להן מסה רבה יותר ממה שאנחנו יכולים לראות. הרמז לכך שהוא נמצא בכוח המשיכה. גלקסיות צריכות להיות בעלות יותר מסה, ומכאן יותר כוח משיכה, מכפי שאנו יכולים לראות בחומר הרגיל שלהן, או שהן פשוט יתעופפו זו מזו. המסה והכובד שלהם מחזיקים אותם זה בזה.
הגרסה הקצרה היא שדברים פשוט לא יכולים להיות כמו שהם אלא אם כן הייתה הרבה יותר מסה מכפי שאנחנו יכולים למדוד.
קשה מאוד למדוד
“אנחנו פשוט לא יכולים לזהות ישירות חומר אפל.”
לורה ווטקינס, מצפה הכוכבים האירופי
“אנחנו פשוט לא יכולים לאתר ישירות חומר אפל,"מסבירה לורה ווטקינס (מצפה הכוכבים האירופי הדרומי, גרמניה), שהובילה את הצוות שביצע את הניתוח. "זה מה שמוביל לחוסר הוודאות הנוכחי במסה של שביל החלב - אתה לא יכול למדוד במדויק את מה שאתה לא יכול לראות!“
אז איך נוכל למדוד משהו שאנחנו לא יכולים לראות? אסטרונומים עסוקים בעצמם במדידת ההשפעה של חומר אפל ואז סוג של עבודה הפוך. אבל אפילו עם כל המאמץ שהושקע בזה, ההערכות משתנות בפראות, נמוכות פי 500 מיליארד ממסת השמש שלנו, עד 3 טריליון פעמים המסה של השמש שלנו. זה אי-התאמה עצומה, ובעיה ממש מציקה באסטרונומיה. וזה בגלל הקושי למדוד את כל החומר האפל.
כעת מחקר חדש שהובילה לורה ווטקינס מהמצפה האירופי הדרומי חושב שהם עדיין התקרבו למדידת החומר האפל, ומכאן המיסה כולה, של שביל החלב. המספר שלהם?
הם אומרים כי שביל החלב מכיל כמטר טריליון פעמים כמסה כמו השמש שלנו, או 1.5 טריליון מסות שמש, ברדיוס של 125,000 שנות אור מהמרכז הגלקטי.
המחקר מסתמך על שחרור הנתונים השני ממשימת גאיה של סוכנות החלל האירופית. המחברים שילבו זאת עם תצפיות מטלסקופ החלל האבל.
בואו ניכנס לבטן של איך האסטרונומים מודדים את המסה של שביל החלב.
אסטרונומים לא יכולים פשוט לבצע מדידות מדגמיות של כוכבים ואז להיחלץ. זה לא עובד כי הם לא יכולים לראות את כל החומר האפל. אז הם מודדים דברים אחרים. ותודה למשימת גאיה, חבורת מדידה כבר נעשתה עבורם.
היכנסו לאשכולות גאיה וגלובולרית
גאיה היא המשימה של ESO ליצור מפה תלת ממדית של שביל החלב. זו משימה שאפתנית, אבל היא הניבה תוצאות נהדרות. גאיה מדדה את המהירות המוצבתית והרדיאלית של כמיליארד מהכוכבים שביל החלב ובקבוצה המקומית. זהו בערך אחוז מהכוכבים בגלקסיה שלנו. זה אולי לא נשמע כמו הרבה, אבל הדיוק של המדידות הוא גם חשוב באמת, במיוחד כשמדובר במדידת חומר אפל.
כמה ממיליארד הכוכבים שגאיה מדדה נמצאים בתוך האשכולים הכדוריים שנמצאים בסמוך לשביל החלב. צברים כדוריים הם אוספים כדוריים של כוכבים, ושם כ -150 מהם מקיפים את שביל החלב. והכי חשוב, ככל שהגלקסיה מסיבית יותר, כך מסלול האשכולות הכדוריים מהיר יותר. וגאיה העניקה לנו מדידות מדויקות יותר למהירותן מתמיד.
“ככל שגלקסיה מסיבית יותר, כך אשכולותיה נעים יותר תחת משיכת כוח המשיכה שלה.“
נ 'ווין אוונס, אוניברסיטת קיימברידג', בריטניה.
“ככל שגלקסיה מסיבית יותר, כך אשכולותיה נעים יותר תחת משיכת כוח המשיכה שלה"מסביר נ 'ווין אוונס (אוניברסיטת קיימברידג', בריטניה). "מרבית המדידות הקודמות מצאו את המהירות בה מתקרב או נסוג אשכול מכדור הארץ, כלומר המהירות לאורך קו הראיה שלנו. עם זאת, הצלחנו למדוד גם את תנועת הצברים לצדדים, מהם ניתן לחשב את המהירות הכוללת, וכתוצאה מכך את המסה הגלקטית.“
האבל עוזר
ככל שהאשכול הכדורי רחוק יותר, הם יגידו לנו על המסה של שביל החלב. למרות שגאיה סיפקה את מדידות המהירות המדויקות ביותר של האשכולות, היה זה טלסקופ החלל האבל הנערץ שמדד אשכולות עד 130,000 שנות אור מכדור הארץ, והוסיף מידה רבה של דיוק למדידת המסה החדשה עבור שביל החלב.
“אשכולות גלובליים מתרחקים למרחק רב, ולכן הם נחשבים הטובים ביותר לרכבים שעושים אסטרונומים כדי למדוד את מסת הגלקסיהאמר טוני סון (המכון למדעי הטלסקופ החלל, ארה"ב), שהוביל את מדידות האבל.
“היה לנו מזל שיש שילוב נהדר כזה של נתונים,"הסביר רולנד פ. ואן דר מראל (המכון למדעי טלסקופ החלל, ארה"ב). "על ידי שילוב המדידות של גאיה של 34 אשכולות כדוריים עם מדידות של 12 אשכולות רחוקים יותר מהאבל, נוכל להצמיד את המסה של שביל החלב באופן שאי אפשר להיות בלתי אפשרי ללא שני הטלסקופים החלליים האלה.“
למה זה משנה
אז מה עכשיו?
מסת שביל החלב היא יותר מסתם סקרנות, זהו חלק מהותי וחשוב משאלות הרבה יותר גדולות. תוכן החומר האפל של הגלקסיה קשור להיווצרותם ולגדילתם של מבנים ביקום.
מדידה מדויקת יותר זו של מסת החלב עוזרת לנו להבין את הגלקסיה הביתית שלנו ואת מקומה בקוסמוס.
לא רע.
מקורות:
- עבודת מחקר: עדויות לדרך חלבית המונית בינונית מתנועות אשכול גלובולרי של Gaia DR2
- הודעה לעיתונות: האבל וגאיה משקללים במדויק את שביל החלב
