Forskere nærmer sig den sande masse af Mælkevejen

Det er et problem med galaktisk kompleksitet, men forskere kommer tættere på at måle massen af ​​Mælkevejen Galaxy.

I den seneste af en række papirer, der kunne have bredere konsekvenser for astronomiområdet, McMaster astrofysiker Gwendolyn Eadie, arbejder med sin ph.d. -vejleder William Harris og med en statistiker fra Queen's University, Aaron Springford, har forfinet Eadie og Harris egen metode til måling af massen af ​​galaksen, der er hjemsted for vores solsystem.

Det korte svar, ved hjælp af den raffinerede metode, er mellem 4,0 X 10 ¹¹ og 5,8 X 10 ¹¹ solmasser. I enklere termer, det handler om massen af ​​vores sol, ganget med 400 til 580 mia. Solen, for ordens skyld, har en masse på to nonillion (det er 2 efterfulgt af 30 nuller) kilogram, eller 330, 000 gange Jordens masse. Dette galaktiske masseestimat inkluderer stof ud til 125 kiloparsek fra midten af ​​galaksen (125 kiloparsek er næsten 4 X 10 ¹⁸ kilometer). Når masseestimatet udvides til 300kpc, massen er cirka 9 X 10 ¹¹ solmasser.

Måling af massen af ​​vores hjemmegalakse, eller en hvilken som helst galakse, er særlig vanskelig. En galakse omfatter ikke bare stjerner, planeter, måner, gasser, støv og andre genstande og materiale, men også en stor hjælp af mørkt stof, en mystisk og usynlig form for stof, der endnu ikke er fuldt ud forstået og ikke er blevet direkte opdaget i laboratoriet. Astronomer og kosmologer, imidlertid, kan udlede tilstedeværelsen af ​​mørkt stof gennem dens tyngdekraftsindflydelse på synlige objekter.

Eadie, en ph.d. -kandidat i fysik og astronomi ved McMaster University, har studeret Mælkevejens masse og dens komponent i mørkt stof, siden hun startede på gymnasiet. Hun bruger hastighederne og positionerne af kugleformede stjerneklynger, der kredser Mælkevejen. Banerne i kuglehobe bestemmes af galaksenes tyngdekraft, som er dikteret af dens massive komponent i mørkt stof.

Tidligere har Eadie havde udviklet en teknik til at bruge globular cluster (GCs) hastigheder, også når dataene var ufuldstændige.

Den samlede hastighed af en GC skal måles i to retninger:en langs vores synsfelt, og en på tværs af himmelens plan, kaldte den rigtige bevægelse. Forskere har endnu ikke målt de korrekte bevægelser for alle GC'erne omkring Mælkevejen. Eadie, imidlertid, tidligere havde udviklet en måde at bruge disse hastigheder, som kun delvist er kendt, ud over de fuldt kendte hastigheder, at estimere massen af ​​galaksen.

Nu, Eadie har brugt en statistisk metode kaldet en hierarkisk bayesiansk analyse, der ikke kun indeholder komplette og ufuldstændige data, men inkorporerer også måleusikkerheder i en ekstremt kompleks, men mere komplet statistisk formel. For at foretage den nyeste beregning, forfatterne tog højde for, at data kun er målinger af positionerne og hastighederne i kuglehoberne og ikke nødvendigvis de sande værdier. De behandler nu de sande positioner og hastigheder som parametre i modellen (hvilket betød tilføjelse af 572 nye parametre til den eksisterende metode).

Bayesianske statistiske metoder er ikke nye, men deres anvendelse på astronomi er stadig i sine tidlige stadier, og Eadie mener, at deres evne til at rumme usikkerhed, mens de stadig giver meningsfulde resultater, åbner mange nye muligheder på området.

"Når Big Data -æra nærmer sig, Jeg synes, det er vigtigt, at vi tænker grundigt over de statistiske metoder, vi bruger i dataanalyse, især inden for astronomi, hvor dataene kan være ufuldstændige og have varierende grader af usikkerhed, " hun siger.

Bayesianske hierarkier har været nyttige på andre områder, men er lige begyndt at blive anvendt i astronomi, Forklarede Eadie.