Hubble og Gaia vejer Mælkevejen nøjagtigt

I et slående eksempel på multi-mission astronomi, målinger fra NASA/ESA Hubble-rumteleskopet og ESA Gaia-missionen er blevet kombineret for at forbedre estimatet af massen af ​​vores hjemmegalakse Mælkevejen:1,5 billioner solmasser.

Mælkevejens masse er en af ​​de mest fundamentale målinger astronomer kan foretage om vores galaktiske hjem. Imidlertid, trods årtiers intens indsats, selv de bedste tilgængelige estimater af Mælkevejens masse er vildt uenige. Nu, ved at kombinere nye data fra European Space Agency (ESA) Gaia-mission med observationer foretaget med NASA/ESA Hubble Space Telescope, astronomer har fundet ud af, at Mælkevejen vejer omkring 1,5 billioner solmasser inden for en radius af 129.000 lysår fra det galaktiske centrum.

Tidligere skøn over Mælkevejens masse varierede fra 500 milliarder til 3 billioner gange Solens masse. Denne enorme usikkerhed opstod primært fra de forskellige metoder, der blev brugt til at måle fordelingen af ​​mørkt stof - som udgør omkring 90 % af galaksens masse.

"Vi kan bare ikke detektere mørkt stof direkte, " forklarer Laura Watkins (European Southern Observatory, Tyskland), der ledede det team, der udførte analysen. "Det er det, der fører til den nuværende usikkerhed i Mælkevejens masse - du kan ikke måle nøjagtigt, hvad du ikke kan se!"

I betragtning af det mørke stofs undvigende natur, holdet måtte bruge en smart metode til at veje Mælkevejen, som var afhængig af at måle kuglehobenes hastigheder – tætte stjernehobe, der kredser om galaksens spiralskive på store afstande.

"Jo mere massiv en galakse, jo hurtigere bevæger dens klynger sig under tyngdekraftens træk" forklarer N. Wyn Evans (University of Cambridge, Storbritannien). "De fleste tidligere målinger har fundet den hastighed, hvormed en klynge nærmer sig eller trækker sig tilbage fra Jorden, det er hastigheden langs vores synslinje. Imidlertid, vi var også i stand til at måle klyngernes sideværts bevægelse, hvorfra den samlede hastighed, og følgelig den galaktiske masse, kan beregnes."

Gruppen brugte Gaias anden dataudgivelse som grundlag for deres undersøgelse. Gaia blev designet til at skabe et præcist tredimensionelt kort over astronomiske objekter i hele Mælkevejen og til at spore deres bevægelser. Dens anden dataudgivelse omfatter målinger af kuglehobe så langt som 65.000 lysår fra Jorden.

"Globale klynger strækker sig ud til en stor afstand, så de betragtes som de bedste sporstoffer, astronomer bruger til at måle massen af ​​vores galakse," sagde Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), der ledede Hubble-målingerne.

Holdet kombinerede disse data med Hubbles enestående følsomhed og observationsarv. Observationer fra Hubble tillod svage og fjerne kuglehobe, så langt som 130.000 lysår fra Jorden, skal tilføjes undersøgelsen. Da Hubble har observeret nogle af disse objekter i et årti, det var også muligt nøjagtigt at spore disse klyngers hastigheder.

"Vi var heldige at have sådan en fantastisk kombination af data, " forklarede Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). "Ved at kombinere Gaias målinger af 34 kugleformede klynger med målinger af 12 mere fjerntliggende klynger fra Hubble, vi kunne fastlægge Mælkevejens masse på en måde, der ville være umulig uden disse to rumteleskoper."

Indtil nu, ikke at kende den præcise masse af Mælkevejen har givet et problem for forsøg på at besvare en masse kosmologiske spørgsmål. Indholdet af mørkt stof i en galakse og dens fordeling er uløseligt forbundet med dannelsen og væksten af ​​strukturer i universet. Nøjagtig bestemmelse af massen for Mælkevejen giver os en klarere forståelse af, hvor vores galakse befinder sig i en kosmologisk sammenhæng.