gov-civil-vilareal.ptKāda ir Piena ceļa masa?
>Dīvaina lieta astronomijā ir tā, ka viena no grūtākajām lietām visā Visumā ir Piena ceļa galaktika.
Tas ir tāpat kā zināt daudz par savu apkārtni, tuvējo pilsētu un pat savu valsti, bet patiesībā nezināt daudz par savu māju.
Godīgi sakot, tas ir tāpat kā mēģināt izprast savu māju, bet neļaut iziet no skapja. Mēs atrodamies Piena ceļā, apmēram pusceļā no centra, un visu, ko par to uzzinām, mācāmies šeit. Labā ziņa ir tā, ka mēs, cilvēki, esam patiešām gudri.
Mēs izgudrojām teleskopus! Un mēs izdomājām, kā dažādos veidos novērot galaktiku, un uzzinājām, ka tas ir plakans disks ar spirālveida rokām, kas ieskauj izliektu zvaigžņu sfēru, ap kodolu ar milzīgu melno caurumu centrā. Visā apkārt ir arī zvaigžņu halo. Mums pat ir pienācīgi skaitļi par to, cik liela ir katra sastāvdaļa, un pat masa lielākajā daļā.
Lielākā daļa ... bet ne visas . Disks, izliekums un kodols ir izgatavoti no tā, ko mēs saucam par normālu matēriju, atomiem un elektroniem, protoniem un neitroniem un tamlīdzīgām lietām. Gadu gaitā mēs esam spējuši noteikt šo sastāvdaļu masu, galvenokārt tāpēc, ka varam tās redzēt un izmērīt.
Bet šī halo ir problēma. Tajā ir arī normāla matērija, galvenokārt zvaigžņu veidā, bet patiesībā lielākā daļa no tā sastāv tumšā matērija , lietas, kuras mēs neredzam un varam tikai secināt.
Labā ziņa ir tā, ka tumšā matērija joprojām ir matērija, un tas nozīmē, ka tā ir masa , un ka nozīmē, ka tam ir gravitācija. Un tas nozīmē (iespējams, ka šeit man ir pārāk daudz, kas nozīmē dziļi, bet tas ir pēdējais), mēs varam noteikt tā masu pēc tā, kā tās smagums ietekmē citas lietas tajā.
Un halo iekšpusē ir redzamas lietas, proti, lodveida kopas. Apvienojot datus no Habla kosmosa teleskopa ar jauniem mērījumiem, izmantojot fenomenālo Gaia observatoriju, astronomi tagad ir noskaidrojuši Piena ceļa oreola masu : Ir 1.54 triljoni reizes lielāka par Saules masu.
Wall Street vecāku vilks ceļvedis
Tas ir daudz. Tā ir liela galaktika! Bet jautrība ir iekšā kā viņi to izdarīja .
Jaunākā Piena ceļa karte ir parādīta mākslinieka attēlā. Saule atrodas tieši zem galaktikas centra, netālu no Orion Spur. Scutum-Centaurus rokas izvelkas pa labi un augstāk, aiz centra aiziet uz tālo pusi. Novērotais masers atrodas gandrīz tieši pretī Saulei no Z-C centra 65 000 gaismas gadu attālumā. Kredīts: NASA/JPL-Caltech/R. Sāp (SSC/Caltech)
Piemērs: mūsu Saules sistēmā lielākā masa ir Saule. Ja mēra, cik ātri planēta riņķo ap Sauli kopā ar tās attālumu, varat noteikt Saules masu (jo planētas orbītas ātrumu nosaka Saules gravitācija, kas ir atkarīga no tās masas).
Tas ir sarežģītāk galaktikai, kur masa ir vairāk izkliedēta, bet princips ir vienāds. Īzaks Ņūtons parādīja, ka gravitācija, ko jūtat no objekta, ir kopējā masa starp tu un tas. Nav svarīgi, vai Saule ir maziņš punkts vai aizpilda planētas orbītu, planētas izjustā gravitācija ir vienāda. Svarīgi ir tikai planētas orbītas masu iekšpuse.
Tātad tas attiecas uz Piena ceļu. Ja vēlaties iegūt Piena ceļa masu, jums ir jāatrod kāds ļoti tālu orbītā esošs objekts, pēc tam izmēriet tā ātrumu ap galaktiku, lai aprēķinātu visu galaktisko masu tās orbītā. Tas ir diezgan grūti, jo objekts, kas atrodas desmitiem tūkstošu gaismas gadu attālumā, var kliegt pa kosmosu, taču tas ir tik tālu, ka šķietamā kustība ir maza.
Bet: mums ir patiešām labi teleskopi. Un šo kustību dažreiz var izmērīt.
Iespaidīgais lodveida kopums NGC 1466. Kredīts: ESA / Habls un NASA
Ievadiet lodveida kopas . Tās ir simtiem tūkstošu vai miljonu zvaigžņu kolekcijas, kuras savāc kopā viņu gravitācija, un tās izskatās kā dzirkstošas bites, kas riņķo ap stropu. Piena ceļā ir vismaz 157 no šīm kopām, kuras visas riņķo ap galaktikas centru. Daudzi atrodas tuvumā, un tāpēc nav daudz labuma, lai iegūtu galaktikas masu (jo attālāk, jo vairāk ir norobežota orbītā, tātad labāk), taču daudzi no tiem patiešām ir ļoti tālu.
Eiropas Kosmosa aģentūras observatorija Gaia tika izveidota, lai apskatītu vairāk nekā miljardu mūsu galaktikas zvaigžņu un noteiktu to atrašanās vietu, krāsas un kustību. Tas nediskriminē; tā aplūko katru zvaigzni, ko tā var, un daudzas no tām ir globularos. Tas nozīmē, ka daudzu šo kopu kustība notiek debesīs. Apvienojumā ar rūpīgu to gaismas mērīšanu lai iegūtu viņu Doplera maiņu , kas dod mums šo klasteru trīsdimensiju ātrumu!
Animēts attēls, kas parāda lodveida kopas NGC 5466 (pa kreisi) kustību, ko desmit gadu laikā redzējis Habla kosmiskais teleskops. Tuvplānā (labajā pusē) redzamas zvaigznes, kas pārvietojas kā grupa ar daudz attālākām fona galaktikām, kas parādās nekustīgi. Kredīts: NASA, ESA un S.T. Sohn un J. DePasquale (STScI)
Astronomi, kas veica šo darbu, izmantoja 34 šādas kopas no 75, kuras mēra Gaia, un kas atbilst vajadzīgajam, un tās atradās no 6500 līdz gandrīz 70 000 gaismas gadu attālumā no galaktikas centra. Viņi to arī darīja ar kopām vēl tālāk (līdz gandrīz 130 000 gaismas gadu), ko mēra Habls. Tas viņu skaitļiem pievienoja vēl 16.
Viņi varēja iegūt visu nepieciešamo, lai pēc tam izstrādātu galaktikas masu. Tomēr tas joprojām nav viegli! Piemēram, iekšējās kopas, kuras redzēja Gaija, bija daudz, un līdz ar to viņi ieguva labāku statistiku, taču tās nav pietiekami tālu, lai iegūtu galaktikas kopējo masu; galaktiskais oreols stiepjas viņiem garām, un viņi nevar ar viņiem izmērīt tā masu. Habla kopas palīdzēja, bet to bija mazāk, tāpēc statistika bija nedaudz dīvaināka (lai gan kopējās masas aprēķini tika iegūti atšķirīgi, izmantojot abas dažādās kopu populācijas, abi skaitļi neatbilda viens otra statistiskajai nenoteiktībai, kas nozīmē, ka statistiski neatšķiras).
Piena ceļa galaktikas simulācija, ko ieskauj lodveida clsuters, izmantojot faktiskos atrašanās vietas datus. Kredīts: ESA / Habls, NASA, L. Ceļš, M.Kormessers
Galu galā, ņemot vērā to, ko mēs zinām par halo formu un izmēru, viņiem vajadzēja ekstrapolēt šīs kopas, taču iegūtie skaitļi atkal bija konsekventi. Taisnības labad jāsaka, ka viņi ieguva 1,54 triljonus reižu lielāku Saules masu, ar nenoteiktību no +0,75 triljoniem līdz -0,44 triljoniem… tātad tas varētu būt no 0,79 līdz 2,29 triljoniem.
Tādējādi Piena ceļš ir starp lielajām Visuma galaktikām (kuras mēs zinājām). Daudzi ir lielāki, bet lielākā daļa ir daudz mazāki.
Tad kāpēc to darīt? Vai ir svarīgi, kāda ir mūsu kopējā masa?
Jā! Piemēram, mūsu galaktikas masa ir svarīga, lai izprastu satelītus, kas riņķo ap to. Pastāv strīds par divu lielāko - lielo un mazo Magelāna mākoņu - uzvedību. Vai viņi galu galā sadursies? Vai viņi patiešām riņķo ap mums vai vienkārši iet garām? Mūsu masai ir sava loma.
Kosmiskā vilciena vraka ilustrācija: Piena ceļa/Andromedas galaktikas sadursme, pēc četriem miljardiem gadu. Kredīts: NASA, ESA, Z. Levay un R. van der Marel (STScI), T. Hallas un A. Mellinger
Galu galā Andromedas galaktika sadursies ar mums ( aptuveni 4,6 miljardu gadu laikā ). Tas, kā tas notiek, ir ļoti atkarīgs no mūsu masas. Piena ceļa masas noteikšana mums arī stāsta par mūsu galaktikas struktūru un pat par to, kā tā iekļaujas plašākā Visuma struktūrā. Un tas arī mums vienkārši norāda, vai mūsu galaktika ir tipiska? Vai mēs savā ziņā esam kā citas galaktikas, citos - atšķirīgas? Mēs izmantojam vietējo apkārtni kā veidni, lai saprastu, kas atrodas ārpus tā - vai tā ir mūsu māja simtiem citu apkārtnē vai mūsu galaktika starp triljoniem.
Protams, tas ir nedaudz parocīgi, taču tā ir laba vieta, kur sākt. Un, kā mēs esam atklājuši atkal un atkal, Visumam ir veids, kā pielāgot mūsu sākotnējo skatījumu, mazināt mūsu aizspriedumus un stiprināt mūsu izpratni par daudzveidību kosmosā.
Es vienmēr esmu uzskatījis, ka, neskatoties uz auksto un nekopto Visuma izturēšanos kopumā, tā ir dziļa mācība, ko varu izmantot savā dzīvē. Varbūt arī tu vari.
