好像可以知道銀河系有多重了

作者：Neel V. Patel

想像一下，你一生都住在一個小鎮，並且不知道這個城鎮有多大。但從天文學的角度來看，這正是我們的情況 - 我們不知道銀河系的大小或它真正的質量。值得慶幸的是，科學家們對如何回答這些問題有一些想法。在一項將發表在《天體物理學》雜誌上的新研究中，科學家報告了一項關於銀河系大小的改進估計：它的重量是太陽質量的1.5萬億倍，半徑可以延伸到大約12.9萬光年。

我們以前未能將銀河系的質量估算出來，這並不奇怪。銀河系由數億萬顆恆星、行星和各種大小的物體組成，在黑暗的真空中散布。而且近90％的物質都是暗物質，我們從未直接觀察過(我們只知道它存在，因為我們可以觀察它作用在我們能看到的物體上的重力)。我們之前對銀河系質量的估計大致在5000億到3萬億太陽質量之間。

這種不精確不僅是一個謎團，還滲透並阻礙了天文學家其他的工作。新研究的合著者、巴爾的摩太空望遠鏡科學研究所的科學家S. Tony Sohn說：「由於我們生活在銀河系中，所以不好理解，這意味著很多東西，比如我們的宇宙學模型，都是根據銀河系進行校準的。」我們基本上使用銀河系作為我們參考，以了解宇宙中的一切是如何起源和演化，包括銀河系本身。

在我們用來進行這項工作的模型中，「最重要的物理量是質量，」Sohn說。沒有質量，我們不能弄清楚銀河系中的暗物質是如何起作用的，它可能位於何處或預測當仙女座星系在80億年內與銀河系碰撞時會發生什麼。質量就是一切。

既然我們不能很好地將銀河系放在一個巨大的秤上，那麼如何測量它的質量？一種方法是測量星系中其他物體的運動，並根據它們的原始位置觀察它們移動的速度。這個想法的原因是，銀河系越大，星系對物體施加的引力就越大，導致它們移動得更快。

從歷史上看，很難在一個維度上研究這些運動。這就是歐空局(ESA)前所未有的蓋亞(Gaia)任務的用武之地。它的明確目的是掃描整個夜空並儘可能多地編目 - 並提供星體的三維方向上的速度。「如果我們對三維運動有了更好的認識，就可以獲得更可靠的質量估計。」Sohn和他的同事利用任務中的第二次數據的發布來跟蹤銀河系球狀星團和其他星團的運動。

該小組能夠使用蓋亞數據來描述距離我們6.5萬光年遠的大約34個不同的球狀星團。但是，雖然蓋亞能夠以極其寬闊的視野窺視太空，但它的深度有限。所以Sohn和他的團隊使用長達十年的哈勃望遠鏡觀測其他距離地球13萬光年的12個星團，對他們的數據收集進行了整理。之後，該團隊將數字輸入可以確定質量的模型中，然後我們估計銀河系有1.5萬億太陽質量。

這並不是說新的估計是完美的，或者將有助於完全回答更大的宇宙學問題。事實上，根據Sohn的說法，新的數字只能精確到30％到40％左右，並且他承認它們得出的數值可能偏離銀河系的真正質量。在這樣一個理想的調查中，我們將能夠研究一直到銀河系的邊緣的移動物體，但蓋亞看不到那麼遠。天文學家受限於從更接近地球的地方獲取我們所知道的東西，並根據我們最好的工具將這些值外推到更接近的近似值。

儘管如此，這對以前的模型來說是一個巨大的改進，並且令人興奮的是，隨著更多的觀察和我們的儀器變得更加清晰，這個值將變得更加精確。Sohn表示，第三次蓋亞數據應該會在短短几年內發布，團隊將會相對容易地應用他們在本研究中使用的相同方法，並將質量值修改為更準確的數據。每次修訂時，我們用於理解宇宙過去、現在和未來的框架都會更加清晰。

本文譯自 popsci，由譯者 HW 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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