Încă de la nașterea astronomiei moderne, oamenii de știință au căutat să determine amploarea galaxiei Calea Lactee și să afle mai multe despre structura, formarea și evoluția acesteia. În prezent, astronomii estimează că are un diametru de 100.000 până la 180.000 de ani-lumină și constă din 100 până la 400 de miliarde de stele - deși unele estimări spun că ar putea exista până la 1 trilion.
Și totuși, chiar și după zeci de ani de cercetări și observații, încă mai există multe lucruri despre astronomii noștri din galaxie. De exemplu, încă încearcă să determine cât de masivă este Calea Lactee, iar estimările variază foarte mult. Într-un nou studiu, o echipă de oameni de știință internaționali prezintă o nouă metodă de cântărire a galaxiei bazată pe dinamica galaxiilor satelite ale Calea Lactee.
Studiul, intitulat „Masa Calea Lactee din dinamica satelitului”, a apărut recent în documentul Avize lunare ale Royal Astronomical Society. Studiul a fost condus de Thomas Callingham de la Institutul de Cosmologie Computațională al Universității din Durham și a inclus membri de la Institutul Tehnologic din Massachusetts (MIT), Institutul de Studii Teoretice Heidelberg și mai multe universități.
După cum indică în studiul lor, masa Căii Lactee este fundamentală pentru înțelegerea astrofizicii noastre. Nu numai că este important în ceea ce privește plasarea galaxiei noastre în contextul populației de galaxii generale, dar joacă și un rol major atunci când abordăm unele dintre cele mai mari mistere care apar din teoriile noastre astrofizice și cosmologice actuale.
Acestea includ complexitatea formării galaxiei, discrepanțele cu modelul actual Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), teorii alternative despre natura materiei întunecate și structura pe scară largă a Universului. Mai mult decât atât, studiile anterioare au fost împiedicate de o serie de factori, printre care se numără faptul că halo-ul materiei întunecate (care constituie cea mai mare parte a masei sale) nu poate fi observat direct.
O altă problemă majoră este faptul că este dificil de măsurat amploarea și masa Calea Lactee, deoarece ne aflăm în interiorul acesteia. Drept urmare, studii anterioare care au încercat să deducă masa galaxiei noastre au dus la estimări de masă cuprinse între aproximativ 500 de miliarde și 2,5 trilioane de ori mai mult decât masa Soarelui nostru (mase solare). Așa cum Callingham a explicat pentru Space Magazine prin e-mail, era necesară o abordare rafinată:
„Cea mai mare parte a galaxiei este în halo cu materie întunecată, care nu poate fi observată direct. În schimb, îi deducem proprietățile prin observații ale diverselor trasee dinamice care simt efectele gravitaționale ale materiei întunecate - cum ar fi populațiile stelare, grupurile globulare, vaporii și galaxiile satelite. Cele mai multe dintre acestea se află în centrul unei galaxii noastre în discul galactic (la ~ 10kpc) și halo stelar (~ 15kpc) ceea ce poate oferi estimări de masă bune ale regiunii interioare. Cu toate acestea, halo-ul DM atinge ~ 200kpc, și din acest motiv am ales să ne concentrăm pe galaxiile satelite, ca unul dintre singurii urmăritori care sondează aceste părți exterioare ale galaxiei. "
În scopul studiului lor, echipa s-a bazat pe datele din cea de-a doua versiune de date a satelitului Gaia (comunicarea DR2) pentru a pune constrângeri mai bune pe masa căii lactee. Misiunea Gaia, care a furnizat mai multe informații decât oricând despre galaxia noastră, include poziția și mișcările relative ale nenumăratelor stele din Calea Lactee - inclusiv a celor care se află în galaxiile satelite. După cum a indicat Callingham, acest lucru s-a dovedit foarte util pentru constrângerea masei Căii Lactee:
„Comparatăm proprietățile orbitale Energia și Momentul unghiular al galaxiilor satelite MWs cu cele găsite în simulări. Am utilizat cele mai recente observații ale sateliților MWs din recentul set de date Gaia DR2 și a unui eșantion de galaxii și galaxii satelite adecvate din simulările EAGLE, o simulare fruntașă a rulat în Durham cu un volum mare și o fizică baryonică hidrodinamică completă. "
Software-ul EAGLE (Evolution and Assembly of GaLaxies and Environments their), care a fost dezvoltat de Institutul de Cosmologie Computațională al Universității Durham, modelează formarea structurilor într-un volum cosmologic de 100 de Megaparsec pe o parte (peste 300 de milioane de ani-lumină). Cu toate acestea, utilizarea acestui software pentru a deduce masa Căii Lactee a prezentat câteva provocări.
„O provocare în acest sens este eșantionul limitat de galaxii de mărime MW din EAGLE (sau într-adevăr orice simulare)”, a spus Callingham. „Pentru a ajuta acest lucru, utilizăm o relație de scalare a masei pentru a scala eșantionul total de galaxii pentru a fi aceeași masă. Acest lucru ne permite să utilizăm eficient mai mult din setul nostru de date și ne îmbunătățim considerabil statisticile. Apoi, metoda noastră a fost testată riguros prin găsirea masei de galaxii simulate din EAGLE și din simulările Auriga - o suită independentă de simulări de înaltă rezoluție. Acest lucru asigură că estimarea noastră de masă este robustă și are erori realiste (lucru cu care se luptă câmp uneori datorită presupunerilor analitice). "
Din aceasta, ei au descoperit că masa totală de halo a Căii Lactee era de aproximativ 1,04 x 1012 (peste 1 trilion) Mase solare, cu o marjă de eroare de 20%. Această estimare pune constrângeri mult mai stricte pe Masa Laptelui decât estimările anterioare și ar putea avea implicații semnificative în domeniile astronomiei, astrofizicii și cosmologiei. După cum a sintetizat Callingham:
„O estimare de masă mai strânsă poate fi folosită în mai multe moduri. În modelarea galaxiilor, halo DM este fundalul pe care se încadrează componentele stelare. Multe metode pentru sondarea naturii DM, cum ar fi structura halo DM, precum și densitatea DM pe Pământ pentru scopuri de detectare directă depind de masa MW. Masa poate fi folosită și pentru a prezice numărul de galaxii satelite în jurul MW pe care îl așteptăm. ”
Pe lângă faptul că oferă astronomilor măsurători rafinate ale masei Calea Lactee - care va merge mult până la informarea înțelegerii despre dimensiunea, amploarea și populația sa de galaxie satelit - acest studiu are implicații și pentru înțelegerea Universului în ansamblu. Ba mai mult, este încă un studiu de ultimă generație care a fost posibil prin intermediul acestuia Gaia a doua versiune de date.
A treia versiune de Gaia datele sunt programate să aibă loc la sfârșitul anului 2020, catalogul final fiind publicat în anii 2020. Între timp, o prelungire a fost deja aprobată pentru Gaia misiune, care va rămâne în funcțiune până la sfârșitul anului 2020 (care va fi confirmată la sfârșitul acestui an).
