Астрономы "взвесили" Млечный Путь максимально точно

Фундаментальная архитектура Млечного Пути: спиральный диск, центральная выпуклость и рассеянные звёзды и шаровые звёздные скопления.

Иллюстрация NASA, ESA, A. Feild (STScI).

Сколько весит Млечный Путь? Этот фундаментальный вопрос волнует астрофизиков уже очень давно. И, конечно, они неоднократно пытались "взвесить" Галактику.

Правда, результаты оказывались не слишком точными. Предыдущие оценки варьировались от 500 миллиардов солнечных масс до трёх триллионов.

В ходе новой работы исследователи из НАСА и Европейского космического агентства решили использовать данные телескопов Hubble и Gaia, в частности, изучить движения шаровых звёздных скоплений, вращающихся вокруг центра Млечного Пути.

Этот способ представляется наиболее оптимальным, ведь подавляющее большинство "компонентов" Галактики невидимо. Около 200 миллиардов звёзд в её составе – это лишь верхушка айсберга, их общая масса составляет всего несколько процентов от всей массы Млечного Пути. И даже сверхмассивная чёрная дыра в его центре является каплей в галактическом море: её масса равна "всего" четырём миллионам солнечных.

Всё остальное – невероятных размеров "океан" тёмной материи, которая невидима, поскольку не испускает никакого излучения. Однако астрофизики знают о её существовании благодаря гравитационному влиянию на материал. И эти эффекты увидеть можно. Именно они и помогли измерить массу Млечного Пути.

Дело в том, что чем массивнее галактика, тем быстрее объекты вращаются вокруг неё под действием силы тяжести. Поэтому учёные могут отслеживать скорость движения таких "спутников" и проводить обратные расчёты, чтобы вычислить массу галактики.

В данном случае речь идёт о тех самых шаровых скоплениях – гравитационно связанных группах сотен тысяч звёзд, каждая из которых вращается вокруг центра Млечного Пути, подобно спутникам.

Команда использовала данные космических телескопов Hubble и Gaia, чтобы измерить, как быстро движутся десятки шаровых звёздных скоплений. Важно отметить, что два "коллеги"-телескопа имеют разные преимущества.

Космический "ветеран" Hubble может "видеть" только сравнительно небольшую область космического пространства. Но при этом он обладает высокой чувствительностью и поставляет астрономам данные о самых далёких и слабо излучающих объектах. Между тем его "коллега" сканирует пространство более "поверхностно", зато имеет широкий обзор (недаром Gaia считается непревзойдённым космическим "картографом").

Если ранее специалистам была известна скорость, с которой шаровые скопления приближаются или удаляются от Земли (то есть скорость вдоль линии обзора), то теперь они получили данные ещё и об их движении в сторону. В результате они смогли более точно рассчитать скорость и гравитационное ускорение изучаемых объектов.

Астрономы проанализировали данные о движении 34 шаровых скоплений на расстоянии до 65 тысяч световых лет, полученные Gaia, а также данные о 12 скоплениях на расстоянии до 130 тысяч световых лет, полученные Hubble. Объединив их, команда смогла оценить распределение массы Млечного Пути на расстояние почти до миллиона световых лет от Земли.

В итоге исследователи оценили массу нашей галактики в полтора триллиона солнечных масс. Для сравнения: самые лёгкие галактики "весят" всего один миллиард солнечных масс, а самые тяжёлые – до 30 триллионов.

Авторы работы подчёркивают, что полученные данные важны для многих других измерений, которые помогут ответить на ряд космологических вопросов, расширить знания о Млечном Пути и о Вселенной в целом.

"Мы хотим более точно рассчитать массу Млечного Пути, чтобы можно было поместить [полученные сведения] в космологический контекст и сравнить с моделированием галактик в развивающейся Вселенной", – сообщил в пресс-релизе соавтор исследования Руланд ван дер Марел (Roeland van der Marel) из Института исследований космоса с помощью космического телескопа, основанного НАСА для проведения исследований с использованием данных телескопа Hubble.

Научная статья по итогам этой работы принята к публикации в издании The Astrophysical Journal. Её препринт доступен на сайте arXiv.org.

Кстати, в 2015 году астрономы также пытались "взвесить" Млечный Путь, используя данные о шаровых звёздных скоплениях. Они вычислили массу Галактики в радиусе 60 тысяч световых лет.

Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, какова на самом деле форма Млечного Пути.