Modern astronomi doğduğundan beri, bilim adamları Samanyolu galaksisinin tam kapsamını belirlemeye ve yapısı, oluşumu ve evrimi hakkında daha fazla bilgi edinmeye çalıştılar. Şu anda, gökbilimciler bunun 100.000 ila 180.000 ışık yılı çapında olduğunu ve 100 ila 400 milyar yıldızdan oluştuğunu tahmin ediyorlar - ancak bazı tahminler 1 trilyon kadar olabileceğini söylüyor.
Yine de, onlarca yıl süren araştırma ve gözlemlerden sonra bile, galaksi gökbilimcilerimizin bilmediği çok şey var. Örneğin, hala Samanyolu'nun ne kadar büyük olduğunu belirlemeye çalışıyorlar ve tahminler büyük ölçüde değişiyor. Yeni bir çalışmada, uluslararası bilim insanlarından oluşan bir ekip, Samanyolu'nun uydular gökadalarının dinamiklerini temel alarak galaksiyi tartmak için yeni bir yöntem sunuyor.
“Uydu dinamiğinden Samanyolu'nun kütlesi” başlıklı çalışma, Kraliyet Astronomi Derneği Aylık Bildirimleri. Çalışma, Durham Üniversitesi Hesaplamalı Kozmoloji Enstitüsü'nden Thomas Callingham tarafından yönetildi ve Massachusetts Teknoloji Enstitüsü (MIT), Heidelberg Teorik Araştırmalar Enstitüsü ve birden fazla üniversitenin üyelerini içeriyordu.
Çalışmalarında belirttikleri gibi, Samanyolu'nun kütlesi astrofizik anlayışımız için temeldir. Galaksimizi genel galaksi nüfusu bağlamına yerleştirmek açısından önemli olmakla kalmaz, aynı zamanda mevcut astrofiziksel ve kozmolojik teorilerimizden kaynaklanan en büyük gizemlerden bazılarına hitap ederken de önemli bir rol oynar.
Bunlar gökada oluşumunun inceliklerini, mevcut Lambda Soğuk Karanlık Madde (Lambda CDM) modeliyle tutarsızlıkları, karanlık maddenin doğası hakkında alternatif teorileri ve Evrenin geniş ölçekli yapısını içerir. Dahası, önceki çalışmalar, Samanyolu'nun karanlık maddesinin halo'nun (kütlesinin çoğunu oluşturan) doğrudan gözlenememesini içeren bir dizi faktör tarafından engellendi.
Bir başka önemli konu da Samanyolu'nun kapsamını ve kütlesini ölçmenin zor olması, çünkü biz içerideyiz. Sonuç olarak, galaksimizin kütlesini çıkarmaya çalışan önceki çalışmalar, Güneşimizin kütlesinin (Güneş kütleleri) yaklaşık 500 milyar ila 2.5 trilyon kat arasında değişen kitle tahminleri ile sonuçlandı. Callingham'ın Space Magazine'e e-posta yoluyla açıkladığı gibi, rafine bir yaklaşıma ihtiyaç vardı:
“Galaksinin çoğunluğu doğrudan gözlenemeyen karanlık maddesinde halo. Bunun yerine, karanlık popülasyonların, küresel kümeler, buharlar ve uydu galaksiler gibi yerçekimi etkilerini hisseden çeşitli dinamik izleyicilerin gözlemleriyle özelliklerini çıkarıyoruz. Bunların çoğu galaksinin merkezinde, iç bölgenin iyi kitle tahminlerini verebilen galaktik diskte (~ 10kpc içinde) ve yıldız haloda (~ 15kpc) yer alır. Ancak DM halo ~ 200kpc'e ulaşıyor ve bu nedenle galaksinin bu dış kısımlarını inceleyen tek izleyici olarak uydu galaksilere odaklanmayı seçtik. ”
Ekip, çalışmaları uğruna Samanyolu'nun kitlesine daha iyi kısıtlamalar koymak için Gaia uydusunun ikinci veri sürümünden (DR2 sürümü) gelen verilere güveniyordu. Galaksimiz hakkında her zamankinden daha fazla bilgi sağlayan Gaia misyonu, Samanyolu'ndaki sayısız yıldızın konumunu ve göreceli hareketlerini - uydu galaksilerde olanlar da dahil - içeriyor. Callingham'ın belirttiği gibi, Samanyolu'nun kütlesini kısıtlamak için çok yararlı olduğu kanıtlandı:
“MWs uydu gökadalarının Enerji ve Açısal Momentumu'nun yörünge özelliklerini simülasyonlarda bulunanlarla karşılaştırıyoruz. Son Gaia DR2 veri kümesinden MWs uydularının en son gözlemlerini ve EAGLE simülasyonlarından uygun galaksilerin ve uydu galaksilerin bir örneğini kullandık, büyük bir hacim ve tam hidrodinamik baryonik fiziği ile Durham'da önde gelen bir simülasyon.
Durham Üniversitesi Hesaplamalı Kozmoloji Enstitüsü tarafından geliştirilen EAGLE yazılımı (GaLaxies ve Ortamlarının Evrimi ve Montajı), bir tarafta 100 Megaparreküp (300 milyon ışık yılı aşkın) ölçülen kozmolojik bir hacimde yapıların oluşumunu modeller. Ancak, Samanyolu'nun kitlesini çıkarmak için bu yazılımı kullanmak bazı zorluklar sundu.
“Buna meydan okuyan bir sorun, EAGLE'deki (veya aslında herhangi bir simülasyondaki) MW boyutlu gökadaların sınırlı örneğidir,” diyor Callingham. “Buna yardımcı olmak için, toplam gökada örneğimizi aynı kütle olarak ölçeklemek için bir kitle ölçekleme ilişkisi kullanıyoruz. Bu, veri setimizden daha fazla yararlanmamızı sağlar ve istatistiklerimizi büyük ölçüde geliştirir. Yöntemimiz daha sonra EAGLE ve Auriga simülasyonlarından (yüksek çözünürlüklü simülasyonların bağımsız bir paketi) simüle edilmiş galaksilerin kütlesi bulunarak titizlikle test edildi. Bu, kitle tahminimizin sağlam olmasını ve gerçekçi hatalara sahip olmasını sağlar (alanın analitik varsayımlar nedeniyle bazen mücadele ettiği bir şey). ”
Bundan Samanyolu'nun toplam halo kütlesinin yaklaşık 1.04 x 10 olduğunu buldular.12 (1 trilyondan fazla)% 20'lik bir hata payı olan Güneş Kütleleri. Bu tahmin Samanyolu'nun Kütlesi üzerinde önceki tahminlerden çok daha sıkı kısıtlamalar getirmekte ve astronomi, astrofizik ve kozmoloji alanlarında bazı önemli etkileri olabilmektedir. Callingham'ın özetlediği gibi:
“Daha sıkı bir kitle tahmini birçok şekilde kullanılabilir. Galaksi modellemede, DM halo, yıldız bileşenlerinin uygun olduğu zemintir. DM halo'nun yapısı gibi DM'nin doğasını araştırmak için birçok yöntem ve ayrıca doğrudan tespit amaçları için DM'nin Dünya üzerindeki yoğunluğu MW'ın kütlesine bağlıdır. Kütle aynı zamanda MW çevresinde beklediğimiz uydu gökada sayısını tahmin etmek için de kullanılabilir. ”
Gökbilimcilere, Samanyolu'nun kütlesinin, büyüklüğü, kapsamı ve uydu galaksi nüfusu hakkındaki anlayışımızı bildirmek için uzun bir yol kat edecek rafine ölçümler sağlamanın yanı sıra, bu çalışmanın Evreni bir bütün olarak anlamamız için de etkileri vardır. Dahası, bu mümkün kılınan bir başka çığır açan çalışma. Gaia adlı ikinci veri sürümü.
Üçüncü sürüm Gaia verilerin 2020 sonlarında gerçekleşmesi planlanıyor ve nihai katalog 2020'lerde yayınlanıyor. Bu arada, bir uzatma zaten onaylanmış Gaia 2020 yılı sonuna kadar faaliyette kalacak olan görev (bu yılın sonunda teyit edilecek).
