gov-civil-vilareal.ptKolikšna je masa Rimske ceste?
>Čudno pri astronomiji je, da je ena izmed najtežjih stvari v celotnem vesolju za razumevanje galaksija Rimska cesta.
To je tako, kot če bi veliko vedeli o svoji soseski, bližnjem mestu in celo o svoji državi, ne veste pa veliko o svoji hiši.
Če sem iskren, je to, kot da bi poskušal razumeti svojo hišo, vendar ne smeš zapustiti omare. Nahajamo se v Rimski cesti, obtičali na pol poti od središča in vse, kar se o njej naučimo, se naučimo prav tukaj. Dobra novica je, da smo ljudje res, res pametni.
Izumili smo teleskope! Ugotovili smo, kako na različne načine opazujemo galaksijo, in izvedeli smo, da je to ploski disk s spiralnimi rokami, ki obdaja izbočeno kroglo zvezd, ki obdaja jedro z ogromno veliko črno luknjo v središču. Vse skupaj obkroža tudi aureo zvezd. Imamo celo spodobne številke o tem, kako velika je vsaka komponenta, in celo maso večine.
Večina ... vendar ne vse . Disk, izboklina in jedro so narejeni iz tistega, čemur pravimo normalna snov, atomov in elektronov ter protonov in nevtronov in podobnih stvari. Z leti smo lahko določili maso teh komponent, predvsem zato, ker jih lahko vidimo in merimo.
Toda ta halo je problem. V njem je tudi normalna snov, večinoma v obliki zvezd, vendar je dejstvo, da je večina sestavljena iz temna snov , stvari, ki jih ne vidimo in lahko samo sklepamo.
Dobra novica je, da je temna snov še vedno snov, kar pomeni, da je maso , in to pomeni, da ima gravitacijo. In to pomeni, da (morda me tukaj dobiva preveč, kar pomeni globoko, ampak to je zadnje), lahko določimo njegovo maso po tem, kako njena gravitacija vpliva na druge stvari v njej.
V halou lahko vidimo stvari, in sicer kroglaste grozde. S kombiniranjem podatkov iz vesoljskega teleskopa Hubble z novimi meritvami z uporabo fenomenalnega observatorija Gaia, astronomi so zdaj ugotovili maso haloja na Rimski cesti : 1,54 je bilijona kratna masa Sonca.
To je veliko. To je velika galaksija! Ampak zabava je notri kako so to storili .
crash bandicoot™ n. zdrava trilogija
Najnovejši zemljevid Rimske ceste je prikazan v upodobitvi umetnika. Sonce je neposredno pod središčem galaktike, v bližini Orionovega ostrva. Roke Scutum-Centaurus potegnejo desno in zgoraj, grejo od sredine do skrajne strani. Opazovani maser je skoraj neposredno nasproti Sonca od središča v kraku S-C, oddaljen 65.000 svetlobnih let. Kredit: NASA/JPL-Caltech/R. Poškodovan (SSC/Caltech)
Primer: V našem sončnem sistemu je največja masa Sonca. Če izmerite, kako hitro planet kroži okoli Sonca, skupaj z njegovo razdaljo, lahko določite maso Sonca (ker orbitalno hitrost planeta določa Sončeva gravitacija, ki je odvisna od njegove mase).
Bolj zapleteno je za galaksijo, kjer je masa bolj razpršena, vendar je načelo enako. Isaac Newton je pokazal, da je gravitacija, ki jo čutite predmetom, skupna masa med ti in to. Ni važno, ali je Sonce majhna točka ali zapolnjuje orbito planeta, gravitacija, ki jo planet čuti, je enaka. Pomembna je le masovna notranjost orbite planeta.
Tako velja tudi za Mlečno pot. Če želite pridobiti maso Rimske ceste, morate opaziti zelo oddaljen predmet v orbiti, nato pa izmerite njegovo hitrost okoli galaksije, da izračunate vso galaktično maso v svoji orbiti. To je precej težko, saj lahko predmet, ki je oddaljen več deset tisoč svetlobnih let, kriči skozi vesolje, vendar je tako daleč, da je navidezno gibanje majhno.
Ampak: Imamo res dobre teleskope. In to gibanje je včasih mogoče izmeriti.
Spektakularna kroglasta kopica NGC 1466. Zasluge: ESA / Hubble & NASA
Vnesite kroglasti grozdi . To so zbirke več sto tisoč ali milijonov zvezd, ki jih drži njihova lastna gravitacija, in so videti kot iskrive čebele, ki krožijo po panju. Rimska cesta ima vsaj 157 teh kopic, ki vse krožijo okoli središča galaksije. Mnogi so v bližini in zato nimajo veliko koristi pri pridobivanju mase galaksije (bolj ko je oddaljena, več je zaprta z orbito, zato bolje), a kar nekaj jih je res zelo daleč.
Observatorij Evropske vesoljske agencije Gaia je bil zasnovan za ogled več kot milijarde zvezd v naši galaksiji ter določanje njihovega položaja, barv in gibanja. Ne diskriminira; gleda na vsako zvezdo, ki jo lahko, in veliko jih je v kroglah. To pomeni, da imamo gibanje številnih teh grozdov po nebu. V kombinaciji s skrbnimi meritvami njihove svetlobe da dobijo Dopplerjev premik , to nam daje tridimenzionalno hitrost teh grozdov!
Animirana slika, ki prikazuje gibanje kroglaste kopice NGC 5466 (levo), ki jo je vesoljski teleskop Hubble videl več kot deset let. Od blizu (desno) so zvezde, ki se gibljejo kot skupina z veliko bolj oddaljenimi galaksijami v ozadju. Kredit: NASA, ESA in S.T. Sohn in J. DePasquale (STScI)
Astronomi, ki so opravili to delo, so uporabili 34 takšnih grozdov od 75, ki jih je izmerila Gaia, ki ustrezajo temu, kar potrebujejo, in so bili oddaljeni od 6.500 do skoraj 70.000 svetlobnih let od središča galaktike. To so storili tudi z gručami, ki so še bolj oddaljene (do skoraj 130.000 svetlobnih let), merjeno s Hubblom. To jim je dodalo še 16.
Lahko so dobili vse, kar so potrebovali, da so nato izračunali maso galaksije. Pa še vedno ni lahko! Na primer, notranji grozdi, ki jih je videla Gaia, so bili številčnejši, zato so z njimi dobili boljše statistične podatke, vendar niso dovolj daleč, da bi dobili celotno maso galaksije; galaktični halo sega mimo njih in z njimi ne morejo izmeriti njegove mase. Hubblovi grozdi so pomagali, vendar jih je bilo manj, zato so bili statistični podatki nekoliko manjši (čeprav so dobili različne ocene skupne mase z uporabo dveh različnih populacij grozdov, sta bili ti številki v statistični negotovosti drug drugega, kar pomeni, da sta statistično se ne razlikujejo).
Simulacija galaksije Rimske ceste, obkrožene s kroglastimi grozdi, z uporabo dejanskih podatkov o položaju. Kredit: ESA / Hubble, NASA, L. Road, M. Kormesser
Na koncu so morali ekstrapolirati mimo teh grozdov glede na to, kar vemo o obliki in velikosti haloa, vendar so bile spet številke, ki so jih dobili. Če smo pošteni, smo dobili 1,54 bilijona masov mase Sonca, z negotovostjo +0,75 bilijona in -0,44 bilijona ... torej bi lahko bilo med 0,79 in 2,29 bilijona.
To uvršča Mlečno pot med velike galaksije v vesolju (ki smo jih poznali). Mnogi so večji, večina pa veliko manjših.
Zakaj torej to počnete? Ali je pomembno, kakšna je naša skupna masa?
Ja! Na primer, masa naše galaksije je pomembna za razumevanje satelitov, ki krožijo okoli nje. Obstaja nekaj argumentov glede vedenja dveh največjih, Velikega in Malega Magellanovega oblaka. Se bodo na koncu spopadli? Ali res krožijo okoli nas ali samo mimo? Naša masa pri tem igra vlogo.
Ilustracija razbitine kozmičnega vlaka: Trk galaksije Rimska cesta/Andromeda, štiri milijarde let od zdaj. Kredit: NASA, ESA, Z. Levay in R. van der Marel (STScI), T. Hallas in A. Mellinger
Sčasoma bo galaksija Andromeda trčila v nas ( v približno 4,6 milijarde let ). Kako se to zgodi, je zelo odvisno od naše mase. Masovna določitev Rimske ceste nam pove tudi o zgradbi naše galaksije in celo o tem, kako igra v večji strukturi vesolja. Prav tako nam preprosto pove, ali je naša galaksija tipična? Ali smo na nek način podobni drugim galaksijam, v drugih drugačni? Svojo lokalno okolico uporabljamo kot predlogo, da razumemo, kaj je onkraj - ali je to naša hiša v soseščini več sto drugih ali naša galaksija med bilijoni.
Seveda je malo parohično, vendar je dobro začeti. In kot smo vedno znova odkrivali, ima vesolje način, da prilagodi naš začetni pogled, zmanjša naše predsodke in okrepi naše spoštovanje raznolikosti v vesolju.
Vedno sem se počutil, da je kljub hladnemu in brezbrižnem vedenju vesolja na splošno to globoka lekcija, ki jo lahko uporabim v svojem življenju. Mogoče lahko tudi vi.
