Astronomit yrittävät jatkuvasti mitata Linnunradan massaa ja keksivät jatkuvasti erilaisia lukuja. Mutta ei ole niin, että heillä olisi huono matematiikka. Joidenkin valtavien kuin Linnunrata massan mittaaminen on hämmentävää. Lisäksi olemme upotettuja siihen; se vie jonkin verran taitava liikkumavara rajoittaakseen massaaan.
Linnunradan massa on perustavanlaatuinen tieteellinen kysymys, johon tähtitieteilijät ovat yrittäneet vastata vuosikymmenien ajan. Ongelmana on, että jopa tähtitieteilijöiden parhaat arviot vaihtelevat villisti. Vaikeus ei aiheudu itse tähteiden massan mittaamisesta. Se johtuu tumman aineen mittaamisen haasteesta.
Etkö tiedä mikä tumma aine on? Okei, Space Magazine on täällä auttamassa. (Jos tiedät mitä se on, voit ohittaa seuraavan osan.)
Pakollinen ”Mikä on pimeä asia?” Osa
Ensinnäkin tumma aine on hypoteettinen. Emme oikeastaan tiedä mikä se on. Mutta tiedämme, että se on siellä, tai pikemminkin tiedämme, että jotain on siellä.
Asiat, joita voimme nähdä ja joiden kanssa voimme olla tekemisissä, tehdään ns. Baryonisesta aineesta. Se on tehty atomista ja kaikki asiat, jotka olemme tuttuja: Ruumiimme, planeettamme, tähdet, Kim Jong-unin silmälasit jne. baryoninen aine muodostaa vain noin 10-15% maailmankaikkeuden aineesta.
Luulemme, että tumma aine muodostaa noin 85-90% maailmankaikkeuden aineesta. Se eroaa tavallisesta asiasta, koska se ei ole vuorovaikutuksessa valon kanssa, ja emme voi nähdä sitä. Siksi sitä kutsutaan tummaksi aineeksi.
Mutta tiedämme sen olevan olemassa, koska galaksit käyttäytyvät ikään kuin niiden massa olisi paljon enemmän kuin voimme nähdä. Vihje siitä, että se siellä on, on painovoimassa. Galakseissa on oltava enemmän massaa ja siten enemmän painovoimaa kuin voimme nähdä niiden säännöllisessä aineessa, tai ne vain lentävät toisistaan. Heidän massa ja painovoima pitävät heidät yhdessä.
Lyhyt versio on, että asiat eivät vain voisi olla sellaisia kuin ovat, ellei massaa olisi ollut paljon enemmän kuin voimme mitata.
Se on todella vaikea mitata
“Emme vain pysty havaitsemaan tummaa ainetta suoraan.”
Laura Watkins, Euroopan eteläinen observatorio
“Emme vain pysty havaitsemaan tummaa ainetta suoraan,”Selittää Laura Watkins (Euroopan eteläinen observatorio, Saksa), joka johti analyysiä tekevää ryhmää. ”Juuri tämä johtaa Linnunradan massan nykyiseen epävarmuuteen - et voi mitata tarkasti sitä, mitä et näe!“
Joten miten voimme mitata jotain mitä emme näe? Tähtitieteilijät varautuivat itse mittaamaan tumman aineen vaikutusta ja sitten eräänlaista työtä taaksepäin. Mutta jopa kaikessa siihen kohdistetussa ponnistelussa arviot vaihtelevat villisti, niinkin alhaisesta kuin 500 miljardia kertaa aurinkomme massa, jopa 3 biljoonaa kertaa aurinkomme massa. Se on valtava ristiriita ja todellinen huono ongelma tähtitiedessä. Ja se johtuu kaiken tumman aineen mittaamisen vaikeudesta.
Nyt uuden tutkimuksen johtaja Laura Watkins Euroopan eteläiseltä observatoriosta uskoo heidän olevan lähinnä mittaamassa Linnunradan tummaa ainetta ja siten koko massaa. Heidän lukumääränsä?
He sanovat, että Linnunrata sisältää 1,5 triljoona kertaa enemmän massaa kuin aurinko tai 1,5 biljoonaa aurinkomassaa 125 000 valovuoden säteellä galaktisen keskuksen säteestä.
Tutkimus perustuu toiseen tiedotteeseen Euroopan avaruusjärjestön Gaia-operaatiosta. Kirjailijat yhdistivät sen työhevosen Hubble-avaruusteleskoopin havainnoilla.
Mennään suolistoon siitä, kuinka tähtitieteilijät mittaavat Linnunradan massaa.
Astronomit eivät voi vain ottaa näytteitä tähtiä ja ekstrapoloida. Se ei toimi, koska he eivät näe kaikkea pimeää ainetta. Joten he mittaavat muita asioita. Ja Gaia-tehtävän ansiosta heille on jo tehty joukko mittauksia.
Kirjoita Gaia- ja globaaliklusterit
Gaia on ESO: n tehtävä luoda 3D-kartta Linnunradasta. Se on kunnianhimoinen tehtävä, mutta se on tuottanut hyviä tuloksia. Gaia on mitannut Linnunradan ja paikallisen ryhmän noin miljardin tähden sijainti- ja radiaalinopeuden. Tämä on noin prosentti tähtiä galaksissamme. Se ei ehkä kuulosta paljon, mutta myös mittausten tarkkuus on todella tärkeä, etenkin kun kyse on tumman aineen mittaamisesta.
Jotkut Gaian mittaamista noin miljardista tähdestä ovat globaaleissa klustereissa, jotka ovat lähellä Linnunrataa. Globular klusterit ovat pallomaisia tähtikokoelmia, ja niistä noin 150 kiertää Linnunrataa. Tärkeintä on, että mitä massiivisempi galaksi on, sitä nopeammin pallomaiset klusterit kiertävät. Ja Gaia on antanut meille entistä tarkempia mittoja niiden nopeudesta.
“Mitä massiivisempi galaksi, sitä nopeammin sen klusterit liikkuvat sen painovoiman alla.“
N. Wyn Evans, Cambridgen yliopisto, Iso-Britannia.
“Mitä massiivisempi galaksi, sitä nopeammin sen klusterit liikkuvat sen painovoiman alla”Selittää N. Wyn Evans (Cambridgen yliopisto, Iso-Britannia). ”Useimmissa aiemmissa mittauksissa on löydetty nopeus, jolla rypälä lähestyy tai poistuu maasta, eli nopeus näkölinjaamme pitkin. Pystyimme kuitenkin mittaamaan myös klustereiden sivuttaisliikkeet, joista kokonaisnopeus ja siten galaktinen massa voidaan laskea.“
Hubble auttaa ulos
Mitä kauempana pallomainen klusteri on, sitä enemmän he kertovat meille Linnunradan massasta. Vaikka Gaia toimitti klusterien erittäin tarkkoja nopeusmittauksia, kunniallinen Hubble-avaruusteleskooppi mittasi klustereita kaukana 130 000 valovuoden päässä maapallosta ja lisäsi suurta tarkkuutta Linnunradan uuteen massamittaukseen.
“Globaalit klusterit ulottuvat suurelle etäisyydelle, joten niitä pidetään parhaimpana jäljittäjäaineena, joita tähtitieteilijät käyttävät galaksimme massan mittaamiseen”Sanoi Tony Sohn (avaruusteleskoopin tiedeinstituutti, USA), joka johti Hubble-mittauksia.
“Olimme onnekkaita, että meillä oli niin loistava yhdistelmä tietoja,”Selitti Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). ”Yhdistämällä Gaian 34 globaalin klusterin mittaukset 12 Hubblen etäisempien klusterien mittauksiin, voisimme kiinnittää Linnunradan massan tavalla, joka olisi mahdotonta ilman näitä kahta avaruuskaukoputkea.“
Miksi sillä on merkitystä
Mitä nyt?
Linnunradan massa on enemmän kuin vain uteliaisuus, se on olennainen ja tärkeä osa paljon suurempia kysymyksiä. Galaktian tumman aineen sisältö liittyy rakenteiden muodostumiseen ja kasvuun maailmankaikkeudessa.
Tämä Linnunradan massan tarkempi mittaus auttaa meitä ymmärtämään kodiogalaksia ja sen sijaintia kosmossa.
Ei paha.
Lähteet:
- Tutkimuspaperi: Todisteet Gaia DR2 Halo Globular Cluster -liiketoiminnoista keskitason maitotielle
- Lehdistötiedote: Hubble ja Gaia painavat maitotietä tarkasti
