Новая оценка массы Млечного пути: 1,54 триллиона Солнц

Млечный путь содержит приблизительно 200 миллиардов звезд. Но это только вершина айсберга — наша Галактика содержит огромное количество неизвестного материала, называемого темной материей. Астрономы знают, что он существует, потому что, динамически, Млечный Путь разлетелся бы на части, если бы темная материя не сдерживала бы его с помощью «гравитационного замка».

Тем не менее, астрономы хотели бы иметь точную оценку массы Галактики, чтобы лучше понять, как формируется и развивается множество галактик по всей Вселенной. Команда исследователей из ESO, Центра астрофизических наук при Университете Джона Хопкинса и Кембриджского университета объединила наблюдения космического телескопа Хаббла NASA / ESA и спутника Gaia ESA для изучения движений шаровых звездных скоплений, которые вращаются в нашей галактике.

Чем быстрее скопления движутся под гравитационным притяжением всей Галактики, тем они массивнее. Команда ученых пришла к выводу, что Млечный Путь имеет массу 1,54 триллиона солнечных масс, большая часть которой заключена в темную материю.

Масса самых легких галактик составляют около миллиарда солнечных масс, а самые тяжелые — весят 30 триллионов, или в 30 000 раз больше. Масса Млечного Пути в 1,5 триллиона солнечных масс вполне нормальна для галактики своей яркости.

Предыдущие оценки массы Млечного Пути колебались от 500 миллиардов до 3 триллионов солнечных масс. Эта огромная неопределенность возникла главным образом из-за различных методов измерения распределения темной материи, которая составляет около 90% массы Галактики.

«Мы просто не можем обнаружить темную материю напрямую. Вот что приводит к нынешней неопределенности в массе Млечного Пути — вы не можете точно измерить то, что вы не видите», — сказала Лаура Уоткинс, астроном из ESO.

Учитывая неуловимую природу темной материи, команде астрономов пришлось использовать умный метод для «взвешивания» Млечного Пути, который основывался на измерении скоростей шаровых скоплений — плотных звездных скоплений, которые вращаются вокруг спирального диска Галактики на больших расстояниях.

«Чем массивнее галактика, тем быстрее ее скопления движутся под действием силы тяжести», — сказал доктор Н. Вин Эванс из Кембриджского университета.

«Большинство предыдущих измерений обнаружили скорость, с которой скопление приближается или удаляется от Земли, то есть скорость вдоль линии обзора. Однако мы также смогли измерить боковое движение скоплений, из которого можно рассчитать общую скорость и, следовательно, галактическую массу».

Ученые использовали второй выпуск данных Гайи — который включает измерения шаровых скоплений на расстоянии 65 000 световых лет от Земли — в качестве основы для своего исследования.

Шаровые скопления простираются на большое расстояние, поэтому они считаются лучшими трассерами, которые астрономы используют для измерения массы нашей Галактики. Наблюдения от Хаббла позволили добавить к исследованию слабые и отдаленные шаровые скопления на расстоянии до 130 000 световых лет от Земли. Поскольку Хаббл наблюдал за некоторыми из этих объектов в течение десятилетия, оказалось возможным точно отслеживать скорости этих скоплений.

«Нам повезло, что у нас была такая отличная комбинация данных. Объединив измерения Gaia для 34 шаровых скоплений с измерениями еще 12 отдаленных скоплений от Хаббла, мы смогли определить массу Млечного пути так, как это было бы невозможно без этих двух космических телескопов» — говорят ученые.

Laura L. Watkins et al. 2019. Evidence for an Intermediate-Mass Milky Way from Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions. ApJ, in press; arXiv: 1804.11348