Учёные уточнили массу Млечного Пути

Масса Млечного Пути — один из фундаментальных параметров. Но, несмотря на десятилетия усилий, лучшие оценки сильно разнятся. Они колеблются от 0,5 до 2–3 триллионов масс Солнца.

Млечный Путь состоит из ядра, в котором находится сверхмассивная чёрная дыра, балджа (утолщение во внутренней части галактики, содержащее в основном старые звёзды), диска и гало (состоит в основном из горячего газа и тёмной материи), которое составляет основную массу галактики. Первые три компонента в основном имеют барионную природу (состоят из обычного вещества) и их массы достаточно хорошо определены. В гало же преобладает тёмная материя, только несколько процентов от всей его массы барионное вещество. Именно неспособность зарегистрировать тёмную материю порождает неопределённость при вычислении массы нашей Галактики.

Поскольку большая часть массы в галактике остаётся «невидимой», её нельзя обнаружить напрямую. Вывод о присутствии тёмной материи можно делать лишь по влиянию на окружающую среду. Распределение массы в Галактике порождает гравитационное поле, в котором движутся объекты. Измеряя движение звёздного населения Млечного Пути, учёные придумали пойти в обратном направлении — вычислить работу сил притяжения, а из неё соответствующее количество массы.

Существуют различные методы оценки общей массы Галактики, однако большинство из них дают только диапазон значений, а не конкретные цифры. Метод моделирования звёздных потоков (плотное скопление звёзд, движущихся вокруг центра галактики) может оказаться многообещающей альтернативой, но на текущий момент необходимые данные имеются лишь об одном потоке из шести известных. Одна из ключевых проблем в том, что необходимо знать скорость каждого ключевого объекта, но астрономам редко везёт получить исчерпывающие данные для большой выборки. Как правило, имеются только скорости объектов, когда они находятся в прямой видимости от Солнца до центра Галактики. Но слишком мало информации о скоростях за пределами этой области из-за дефицита крупных объектов, скорости которых возможно было бы отследить.

В конце концов это трудная задача, поскольку непросто измерить массу того, внутри чего мы находимся. В начале года астрономам удалось более точно определить массу нашей галактики при помощи данных с космического телескопа Hubble и второго релиза звёздной карты от космического телескопа Gaia. Команда астрономов измерила скорость движения некоторых объектов в нашей галактике, масса которых не учитывалась при предыдущих расчётах, и вывела оттуда более точную оценку массы Млечного Пути. По новым оценкам, она составляет около 1,5 триллионов солнечных масс.

Точная оценка массы Млечного Пути важна для понимания хода эволюции нашей галактики и прогнозов будущих взаимодействий с её спутниками и другими галактиками. Кроме того, это даст более чёткое понимание того, является ли Млечный Путь типичной структурой в космологическом контексте. То, что станет известно, можно будет предположить и для других галактик.

Ясной тёмной ночью невооруженным глазом можно увидеть до 4 500 звёзд в небе одного полушария в зависимости от сезона. По некоторым оценкам, в нашей галактике ещё от 100 до 400* миллиардов звёзд, но их общая масса составляет всего 4 процента от всего вещества. Ещё 12 процентов массы — газ (планеты и астероиды незначительны при учёте массы галактики). Оставшиеся 84 процента вещества составляет тёмная материя.

Ниже представлена визуализация масштаба галактики и масштаб тёмной материи на основе данных из нового исследования. Если в качестве визуальной метафоры использовать небоскрёб, то все звёзды в галактике будут прожектором в верхней части здания. А на подавляющем большинстве этажей учёные пока не знают, что происходит.

Чтобы визуализировать массу 1,5 триллиона Солнц, начнём с Земли. Её масса составляет 6 септиллионов (10 в степени 24) килограмм.

Это Земля по сравнению с Солнцем. Солнце в 333 000 раз массивнее Земли.

Тысяча солнц.

1 миллион Солнц. 1 миллиард Солнц.

Звёзды составляют примерно 4% от всей массы Млечного Пути.

Еще 12% массы в галактике — это межзвёздный газ, в основном гелий и водород.

Что касается чёрных дыр, то трудно сказать точно, сколько они вносят в общую массу, поскольку нет достоверной информации, сколько их в нашей галактике. Но в любом случае, если их учесть, это будет очень и очень малая доля. Масса сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути составляет около 4,4 миллионов солнечных масс. Это очень мало в масштабе всей Галактики. Суммарная масса чёрных дыр крайне мала в сравнении с тёмной материей, которая составляет 84% от массы всей галактики. Тёмная материя не взаимодействует с обычным веществом напрямую, но считается, что именно она ответственна за сохранение формы и структуры галактик за счёт своего гравитационного влияния.

Масса тёмной материи в сравнении с массой звёзд и газа в нашей галактике.

Во Вселенной насчитывается от ста миллиардов до двух триллионов галактик**.

В вопросах о масштабе Вселенной тёмная материя — не самая большая загадка. Около 27% Вселенной — это тёмная материя и всего лишь 5% процентов — обычные материя, которую мы видим и с которой взаимодействуем.

Оставшиеся 68% всей материи и энергии во вселенной составляет тёмная энергия (которая ускоряет расширение вселенной). В то время, как тёмная материя удерживает галактики вместе, тёмная энергия ответственна за то, чтобы все галактики во вселенной были расположены отдельно друг от друга.

То, что вы можете увидеть в ясном ночном небе, может показаться необъятным: тысячи звёзд и другие звёздные системы, которые потенциально возможно исследовать. Но это всего лишь крошечный кусочек того, что на самом деле там есть.

*https://asd.gsfc.nasa.gov/blueshift/index.php/2015/07/22/how-many-stars-in-the-milky-way/
**https://iopscience.iop.org/article/10.3847/0004-637X/830/2/83

Источник: m.vk.com