gov-civil-vilareal.ptКаква е масата на Млечния път?
>Странно нещо в астрономията е, че едно от най -трудните неща в цялата Вселена за разбиране е галактиката Млечен път.
Това е като да знаете много за вашия квартал, близкия град и дори за държавата си, но всъщност не знаете много за собствената си къща.
За да бъда честен, това е като да се опитваш да разбереш къщата си, но да не ти бъде позволено да напуснеш гардероба си. Ние сме вътре в Млечния път, заседнали на около половината път от центъра и всичко, което научаваме за него, научаваме точно тук. Добрата новина е, че ние хората сме наистина, наистина умни.
Ние измислихме телескопи! И ние разбрахме как да наблюдаваме галактиката по различни начини и научихме, че това е плосък диск със спирални рамена, заобикалящ изпъкнала сфера от звезди, обграждащ ядро с огромна голяма черна дупка в центъра. Има и ореол от звезди около всичко. Дори имаме прилични цифри за това колко голям е всеки компонент и дори масата за по -голямата част от него.
Повечето ... но не всичко . Дискът, издутината и ядрото са направени от това, което наричаме нормална материя, атоми и електрони, протони и неутрони и други подобни. През годините успяхме да определим масата на тези компоненти, най -вече защото можем да ги видим и измерим.
Но този ореол е проблем. В него има и нормална материя, предимно под формата на звезди, но факт е, че по -голямата част от нея се състои от тъмна материя , неща, които не можем да видим и можем само да правим изводи.
Добрата новина е, че тъмната материя все още е материя и това означава, че има маса , и че означава, че има гравитация. И това означава (може би получавам твърде много, което означава дълбоко тук, но това е последното) можем да определим масата му по начина, по който тежестта му влияе върху други неща в него.
В ореола има неща, които можем да видим, а именно кълбовидни клъстери. Чрез комбиниране на данни от космическия телескоп Хъбъл с нови измервания, използващи феноменалната обсерватория Гая, астрономите вече са разбрали масата на ореола на Млечния път : 1,54 е трилион пъти масата на Слънцето.
Това е много. Това е голяма галактика! Но забавлението е вътре как са направили това .
Най -актуалната карта на Млечния път е показана в представяне на художник. Слънцето е точно под галактическия център, близо до Орионската шпора. Ръцете Scutum-Centaurus се извиват надясно и отгоре, като отиват зад центъра до далечната страна. Наблюдаваният мазер е почти директно срещу Слънцето от центъра в S-C рамото, на 65 000 светлинни години от нас. Кредит: НАСА/JPL-Caltech/R. Hurt (SSC/Caltech)
кунг фу панда лапите на съдбата
Пример: В нашата Слънчева система преобладаващо голямата маса е Слънцето. Ако измерите колко бързо една планета обикаля около Слънцето, в съчетание с нейното разстояние, можете да определите масата на Слънцето (тъй като орбиталната скорост на планетата се определя от гравитацията на Слънцето, която зависи от неговата маса).
По -сложно е за галактиката, където масата е по -разпределена, но принципът е същият. Исак Нютон показа, че гравитацията, която чувствате от обект, е общата маса между ти и то. Няма значение дали Слънцето е малка точка или запълва орбитата на планетата, гравитацията, усещана от планетата, е същата. Само масовият интериор на орбитата на планетата има значение.
Така важи и за Млечния път. Ако искате да получите масата на Млечния път, трябва да забележите някакъв много далечен орбитален обект, след това да измерите скоростта му около галактиката, за да изчислите цялата галактическа маса в орбитата си. Това е доста трудно, защото обект на десетки хиляди светлинни години от нас може да крещи през космоса, но е толкова далеч, че видимото движение е малко.
Но: Имаме наистина добри телескопи. И това движение понякога може да бъде измерено.
Грандиозният кълбовиден клъстер NGC 1466. Кредит: ESA / Хъбъл и НАСА
Въведете кълбовидни струпвания . Това са колекции от стотици хиляди или милиони звезди, държани заедно от собствената си гравитация, и приличат на искрящи пчели, които обикалят кошера. Млечният път има поне 157 от тези купове, всички обикалят около галактическия център. Много от тях са наблизо и нямат голяма полза за получаване на масата на галактиката (колкото по -далечна, толкова повече е затворена от орбитата, толкова по -добре), но доста са наистина много далеч.
Обсерваторията на Европейската космическа агенция Gaia е проектирана да разглежда над милиард звезди в нашата галактика и да определя тяхното положение, цветове и движение. Не дискриминира; той гледа всяка звезда, която може, и много от тях са в кълба. Това означава, че имаме движението в небето на много от тези клъстери. В комбинация с внимателни измервания на тяхната светлина за да получат своята доплерова смяна , което ни дава триизмерна скорост на тези клъстери!
Анимирано изображение, показващо движението на кълбовидния клъстер NGC 5466 (вляво), видяно от космическия телескоп Хъбъл в продължение на десет години. Отблизо (вдясно) се виждат звездите, движещи се като група с много по-далечни фонови галактики, които изглеждат неподвижни. Кредит: НАСА, ESA и S.T. Sohn и J. DePasquale (STScI)
Астрономите, които са извършили тази работа, са използвали 34 такива клъстера от 75, измерени от Гая, които отговарят на това, от което се нуждаят, и са на разстояние от 6500 до почти 70 000 светлинни години от центъра на галактиката. Те също направиха това с още по -далечни клъстери (до почти 130 000 светлинни години), измерени от Хъбъл. Това добави още 16 към техния брой.
Те успяха да получат всичко необходимо, за да изчислят масата на галактиката. Все пак не е лесно! Например, вътрешните купове, наблюдавани от Гая, бяха по -многобройни и затова те получиха по -добра статистика с тях, но те не са достатъчно далеч, за да получат общата маса на галактиката; галактическият ореол се простира покрай тях и те не могат да измерят масата си с тях. Клъстерите на Хъбъл помогнаха, но имаше по -малко от тях, така че статистиката беше малко по -разтеглена (въпреки че получиха различни оценки на общата маса, използвайки двете различни популации на клъстери, двете числа бяха в рамките на статистическата несигурност един на друг, което означава, че те са неразличими статистически).
Симулация на галактиката Млечен път, заобиколена от кълбовидни клетки, използвайки действителни позиционни данни. Кредит: ESA / Hubble, NASA, L. Road, M.Kormesser
В крайна сметка те трябваше да екстраполират покрай тези клъстери, като се има предвид това, което знаем за формата и размера на ореола, но отново получените цифри бяха постоянни. За да бъдем честни, те получиха 1,54 трилиона пъти масата на Слънцето, с несигурност от +0,75 трилиона и -0,44 трилиона ... така че може да бъде нещо между 0,79 и 2,29 трилиона.
Това поставя Млечния път сред големите галактики във Вселената (които познавахме). Много от тях са по -големи, но повечето са много по -малки.
И така, защо да направите това? Има ли значение каква е общата ни маса?
Да! Например, масата на нашата галактика е важна за разбирането на спътниците, които я обикалят. Има някои аргументи относно поведението на двата най -големи, Големия и Малък Магеланов облак. Ще се сблъскат ли в крайна сметка? Наистина ли обикалят около нас или просто минават? Нашата маса играе роля в това.
Илюстрация на космическа катастрофа: Сблъсък на галактиката Млечен път/Андромеда, четири милиарда години от сега. Кредит: НАСА, ЕКА, З. Левай и Р. ван дер Марел (STScI), Т. Халас и А. Мелинджър
ва-11 зала-а деца
В крайна сметка галактиката Андромеда ще се сблъска с нас ( за около 4,6 милиарда години ). Как ще стане това зависи много от нашата маса. Определянето на масата на Млечния път също ни разказва за структурата на нашата галактика и дори как тя играе в по -мащабната структура на Вселената. И също така ни казва, достатъчно просто, типична ли е нашата галактика? Приличаме ли си на други галактики по някакъв начин, различни в други? Ние използваме нашето местно обкръжение като шаблон, за да разберем какво се крие отвъд - независимо дали това е нашата къща в квартал от стотици други или нашата галактика сред трилиони.
Малко е пародийно, разбира се, но е добро място за начало. И както откриваме отново и отново, Вселената има начин да коригира първоначалния ни облик, да намали предразсъдъците ни и да засили оценката ни на разнообразието в космоса.
Винаги съм чувствал, че въпреки студеното и безгрижно поведение на Вселената като цяло, това е дълбок урок, който мога да използвам в собствения си живот. Може би и вие можете.
