球状星団

天の川の質量はどれくらいですか?

天文学の奇妙な点は、宇宙全体で最も理解しにくいものの1つが天の川銀河であるということです。

それは、あなたの近所、近くの都市、さらにはあなたの州について多くを知っているようなものですが、あなた自身の家についてはあまり知りません。

公平を期すために、それはあなたの家を理解しようとしているが、あなたのクローゼットを離れることを許されていないようなものです。私たちは天の川の内側にいて、中心から半分ほど離れたところに立ち往生しています。それについて学ぶことはすべて、ここから学びます。良いニュースは、私たち人間は本当に、本当に賢いということです。



望遠鏡を発明しました!そして、銀河をさまざまな方法で観察する方法を見つけました。それは、渦巻腕を持ち、膨らんだ星の球を取り囲み、中心になんと大きなブラックホールがある核を取り囲んでいる平らな円盤であることがわかりました。全体を取り巻く星の光輪もあります。各コンポーネントの大きさ、さらにはほとんどのコンポーネントの質量についても、まともな数値があります。

ほとんど…しかしそうではない 全て 。円盤、バルジ、原子核はすべて、私たちが通常の物質と呼んでいるもの、原子と電子、陽子と中性子などでできています。何年にもわたって、これらのコンポーネントの質量を決定することができました。これは主に、コンポーネントを確認して測定できるためです。

シーズン10のBBCアメリカドクター

しかし、そのハローは問題です。それにも通常の物質があり、ほとんどが星の形をしていますが、実際にはその大部分はで構成されています 暗黒物質 、私たちが見ることができず、推測することしかできないもの。

ストレンジャー・シングス・エンドリング・ストーリー・ソング

良いニュースは、暗黒物質がまだ問題であるということです、そしてそれはそれが持っていることを意味します 質量 、 と それ 重力があることを意味します。つまり、重力が内部の他のものにどのように影響するかによって、その質量を決定できるということです(ここでは、あまりにも多くなりすぎている可能性がありますが、これが最後です)。

そして、私たちが見ることができるハローの中には、球状星団というものがあります。 データを組み合わせることで ハッブル宇宙望遠鏡から、驚異的なガイア天文台を使用した新しい測定で、 天文学者は今、天の川のハローの質量を把握しています :1.54です 太陽の質量の倍。

それは沢山。大きな銀河です!しかし、楽しみは 彼らがこれをどのようにしたか

天の川の最新の地図は、アーティストの表現で示されています。太陽は銀河中心の真下、オリオン座の近くにあります。たて座-ケンタウルス座の腕は、中央の後ろから向こう側に向かって、右と上に広がります。ズームイン

天の川の最新の地図は、アーティストの表現で示されています。太陽は銀河中心の真下、オリオン座の近くにあります。たて座-ケンタウルス座の腕は、中央の後ろから向こう側に向かって、右と上に広がります。観測されたメーザーは、65,000光年離れたS-Cアームの中心から太陽のほぼ真向かいにあります。クレジット: NASA / JPL-Caltech / R。痛い(SSC /カリフォルニア工科大学)

例:私たちの太陽系では、圧倒的に最大の質量は太陽です。惑星が太陽を周回する速度をその距離と組み合わせて測定すると、太陽の質量を決定できます(惑星の軌道速度は、その質量に依存する太陽の重力によって決定されるため)。

地球上の最後の男が帰る

質量がより広がっている銀河にとってはより複雑ですが、原理は同じです。アイザックニュートンは、あなたが物体から感じる重力が総質量であることを示しました の間に あなたとそれ。太陽が小さな点であるか、惑星の軌道を埋めているかは関係ありません。惑星が感じる重力は同じです。惑星の軌道の内部の質量だけが重要です。

だから、それは天の川に行きます。天の川の質量を取得したい場合は、非常に遠い軌道を回っている物体を見つけてから、銀河の周りの速度を測定して、その軌道内のすべての銀河の質量を計算する必要があります。これはかなり難しいことです。何万光年も離れた物体が宇宙を叫んでいる可能性があるためですが、遠く離れているため、見かけの動きは小さくなります。

しかし:私たちは本当に良い望遠鏡を持っています。そして、その動きは時々測定することができます。

壮大な球状星団NGC1466。クレジット:ESA /ハッブル&NASAズームイン

壮大な球状星団NGC1466。クレジット: ESA /ハッブル&NASA

入力 球状星団 。これらは、数十万または数百万の星がそれぞれの重力によってまとめられたコレクションであり、巣箱を一周する輝く蜂のように見えます。天の川には、これらのクラスターが少なくとも157個あり、すべて銀河中心を周回しています。多くは近くにあり、銀河の質量を取得するのにあまり使用されていません(遠くにあるほど、軌道に囲まれているので良いです)が、実際にはかなりの数が非常に遠くにあります。

欧州宇宙機関の天文台ガイアは、私たちの銀河にある10億個を超える星を見て、それらの位置、色、動きを決定するように設計されました。差別はしません。それはそれができるすべての星を見て、それらの多くは球状星団にあります。これは、これらのクラスターの多くの空を横切る動きがあることを意味します。彼らの光の注意深い測定と組み合わせる 彼らのドップラーシフトを得るために 、それは私たちにそれらのクラスターの三次元速度を与えます!

ジュラシックパークのティラノサウルスレックス
ハッブル宇宙望遠鏡が10年以上にわたって見た球状星団NGC5466(左)の動きを示すアニメーション画像。クローズアップ(右)は、はるかに離れた背景銀河が静止しているように見えるグループとして移動している星を示しています。ズームイン

ハッブル宇宙望遠鏡が10年以上にわたって見た球状星団NGC5466(左)の動きを示すアニメーション画像。クローズアップ(右)は、はるかに離れた背景銀河が静止しているように見えるグループとして移動している星を示しています。クレジット: NASA、ESA、およびS.T.ソンとJ.デパスクアーレ(STScI)

この作業を行った天文学者は、ガイアによって測定された75個のうち34個のクラスターを使用し、銀河中心から6,500光年から約70,000光年の距離にありました。彼らはまた、ハッブルによって測定されたさらに遠くのクラスター(約13万光年まで)でこれを行いました。それは彼らの集計にさらに16を追加しました。

彼らは、銀河の質量を計算するために必要なすべてのものを手に入れることができました。それでも簡単ではありません!たとえば、ガイアが見た内部クラスターの数が多かったため、より良い統計が得られましたが、銀河の総質量を取得するのに十分な距離ではありません。銀河ハローはそれらを越えて伸びており、それらでその質量を測定することはできません。ハッブルクラスターは役に立ちましたが、それらの数が少なかったため、統計は少し厄介でした(2つの異なるクラスター母集団を使用して異なる総質量推定値を取得しましたが、2つの数値は互いに統計的不確実性の範囲内でした。つまり、 '統計的に区別できません)。

実際の位置データを使用した、球形のクラスターに囲まれた天の川銀河のシミュレーション。クレジット: ESA /ハッブル、NASA、L。ロード、M。コルメッサー

臆病な犬の映画を勇気づける

結局、ハローの形状とサイズについて私たちが知っていることを考えると、彼らはこれらのクラスターを越えて外挿しなければなりませんでしたが、やはり彼らが得た数は一貫していました。公平を期すために、彼らが得たのは太陽の質量の1.54兆倍でした。 不確実性を伴う +0.75兆から-0.44兆…つまり、0.79から2.29兆の間のいずれかになります。

これにより、天の川は宇宙の大きな銀河の中に置かれます(私たちが知っていた)。多くは大きいですが、ほとんどははるかに小さいです。

では、なぜこれを行うのですか?私たちの総質量が何であるかは重要ですか?

はい!たとえば、私たちの銀河の質量は、それを周回する衛星を理解する上で重要です。大小のマゼラン雲という2つの最大の雲の振る舞いについてはいくつかの議論があります。彼らは最終的に衝突しますか?彼らは本当に私たちを周回しているのですか、それともただ通り過ぎているのですか?私たちの大衆はその一翼を担っています。

宇宙列車の大破のイラスト:40億年後の天の川/アンドロメダ銀河の衝突。クレジット:NASA、ESA、Z。Levay、R。vander Marel(STScI)、T。Hallas、A。Mellingerズームイン

宇宙列車の大破のイラスト:40億年後の天の川/アンドロメダ銀河の衝突。クレジット: NASA、ESA、Z。Levay、R。vander Marel(STScI)、T。Hallas、A。Mellinger

最終的にアンドロメダ銀河は私たちと衝突します( 約46億年で )。それがどのように起こるかは、私たちの質量に大きく依存します。天の川の質量決定はまた、私たちの銀河の構造について、そしてそれが宇宙のより大規模な構造にどのように作用するかについても教えてくれます。そしてそれはまた、簡単に言えば、私たちの銀河は典型的なものであるかを教えてくれますか?私たちは他の銀河といくつかの点で好きですか、他の銀河とは異なりますか?私たちは地元の環境をテンプレートとして使用して、その先にあるものを理解します。それが何百人もの人々の近くにある私たちの家なのか、何兆もの銀河なのかを理解します。

確かに少し偏狭ですが、始めるには良い場所です。そして、私たちが何度も見つけたように、宇宙には私たちの最初の見通しを調整し、私たちの偏見を減らし、宇宙の多様性に対する私たちの認識を強化する方法があります。

宇宙全体の冷たくて思いやりのない態度にもかかわらず、それは私が自分の人生で使用できる深い教訓だといつも感じていました。多分あなたもできます。



^