มวลของทางช้างเผือกทั้งหมดคืออะไร? ในที่สุดนักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ก็มีคำตอบ

หากคุณเป็นคนที่กังวลว่าตาชั่งในห้องน้ำของคุณจะแม่นยำแค่ไหน (หรืออาจจะไม่) ลองนึกถึง Gwendolyn Eadie นักดาราศาสตร์ฟิสิกส์ดูสิ เป็นงานของเธอหรือที่เรียกอีกอย่างว่าสาขาวิชาที่ศึกษาคือการหามวลของทั้งหมดกาแลคซี-

แน่นอนว่าไม่ใช่เรื่องง่าย แต่จากการประมาณการล่าสุดของ Eadie ขณะนี้เรามีการวัดมวลของทางช้างเผือกใหม่และมันเป็นเรื่องใหญ่ เธอคำนวณว่าทางช้างเผือกมีมวลเท่ากับ 7 x 10¹¹ มวลดวงอาทิตย์- กล่าวอีกนัยหนึ่ง กาแลคซีมีมวลเท่ากับดวงอาทิตย์ 700 พันล้านดวง “และกาแล็กซีของเราก็ไม่ใช่กาแล็กซีที่ใหญ่ที่สุดด้วยซ้ำ”อีดี้บอกว่า-

หากต้องการเจาะลงไปอีกหน่อย ดวงอาทิตย์มีมวลประมาณ 330,000 เท่าของมวลโลก หรือ 2 ล้านล้านกิโลกรัม (นั่นคือ 2 ตามด้วยศูนย์ 30 ตัว)

ใช่ นี่เป็นตัวเลขที่ค่อนข้างจะบ้า แต่การประมาณมวลทางดาราศาสตร์เช่นนี้เป็นส่วนสำคัญในการหาคำตอบว่าทางช้างเผือกเกิดขึ้นได้อย่างไร และมุ่งหน้าไปทางใด

Eadie นักศึกษาปริญญาเอกจากมหาวิทยาลัย McMaster ในแคนาดาบอกกับ Michelle Z. Donahue ว่า "การทำความเข้าใจมวลของกาแลคซีของเราทำให้มีบริบททางจักรวาลวิทยาที่ดีขึ้น"เนชั่นแนลจีโอกราฟฟิก- “คนที่ศึกษาวิวัฒนาการของกาแลคซีจะดูว่ามวลเกี่ยวข้องกับวิวัฒนาการของมันอย่างไร หากเราเข้าใจได้ดีขึ้นว่ามวลของทางช้างเผือกคืออะไร เราก็จะเข้าใจว่ามวลนั้นและกาแลคซีอื่นๆ ก่อตัวและวิวัฒนาการได้อย่างไร”

การคำนวณประเภทนี้มีหลายสิ่งที่ต้องคำนึงถึง มวลของกาแลคซีประกอบด้วยดาวฤกษ์ ดาวเคราะห์ และดวงจันทร์ทุกดวง รวมถึงก๊าซ ฝุ่น และวัตถุอื่นๆ ในจักรวาล และนั่นเป็นเพียงสสารที่มองเห็นได้ อย่าลืมกันสสารมืดเป็นสิ่งที่เรารู้น้อยมาก แต่นักวิทยาศาสตร์คิดว่าใช้แรงโน้มถ่วงกับสิ่งที่ไม่ใช่-สสารมืดรอบ ๆ มัน

ที่เลวร้ายยิ่งกว่านั้น การจัดการกับวัตถุที่มองเห็นได้ที่เรามองเห็นได้จริงนั้นซับซ้อนเนื่องจากความจริงที่ว่าเราอยู่ท่ามกลางเรื่องทั้งหมดที่เรากำลังพยายามวัดผล

"ความจริงที่ว่าเรานั่งอยู่ในกาแลคซีทำให้เกิดความยากลำบาก" Eadie บอกกับ Tim Radford ที่เดอะการ์เดียน- "เรามีมุมมองแบบเฮลิโอเซนทริก: เราเห็นทุกสิ่งจากมุมมองของตำแหน่งดวงอาทิตย์ (และการเคลื่อนที่) ผ่านกาแลคซี สิ่งสำคัญคือเราต้องคำนึงถึงการเคลื่อนไหวและตำแหน่งของดวงอาทิตย์เมื่อเราวัดการเคลื่อนไหวและตำแหน่งของวัตถุอื่น ๆ ใน ทางช้างเผือก”

Eadie ร่วมกับนักวิจัยและหัวหน้างาน William Harris ได้คิดค้นวิธีใหม่ในการคำนวณการเคลื่อนที่และความเร็วของกระจุกทรงกลม– กลุ่มดาวฤกษ์ทรงกลมที่ทำหน้าที่เหมือนดาวเทียมโคจรรอบแกนกลางกาแลคซี

เทคนิคใหม่นี้ช่วยเติมช่องว่างในสิ่งที่เราไม่รู้เกี่ยวกับความเร็วของกระจุกดาวทรงกลม ให้สิ่งที่นักวิจัยคิดว่าเป็นการประมาณมวลกาแลคซีทั้งหมดที่แม่นยำที่สุด ก่อนการคำนวณดวงอาทิตย์ 700 พันล้านดวงการประมาณการแตกต่างกันไประหว่างมวล 100 พันล้านดวงอาทิตย์ถึง 1 ล้านล้าน

“เรายังสามารถเปรียบเทียบการประมาณมวลรวมกับปริมาณสสารที่มองเห็นได้ซึ่งเราเห็นในทางช้างเผือก จากนั้นจึงคาดการณ์ปริมาณสสารมืดได้” Eadie กล่าวเดอะการ์เดียน- จากการประเมินของเรา ดูเหมือนว่าสสารมืดจะมีมวลประมาณ 88 เปอร์เซ็นต์ของมวลทางช้างเผือก"

ข้อค้นพบดังกล่าวถูกนำเสนอในการประชุมประจำปีของสมาคมดาราศาสตร์แคนาดาสัปดาห์นี้และได้ส่งไปที่วารสารดาราศาสตร์ฟิสิกส์-

การวิจัยยังไม่ได้รับการยอมรับให้ตีพิมพ์ ดังนั้นเราต้องรอให้มีการตรวจสอบโดยผู้ทรงคุณวุฒิก่อนจึงจะสามารถเริ่มเพิ่มลงในหนังสือเรียนและอื่นๆ ได้ แต่ได้รับคำชมจากบางคนในชุมชนดาราศาสตร์ฟิสิกส์แล้ว

การจะรู้ว่ากระจุกดาวทรงกลมกำลังเคลื่อนที่เร็วแค่ไหนและไปในทิศทางใดนั้นค่อนข้างยาก การรวมข้อมูลทั้งหมดนี้เข้าด้วยกันเป็นแบบจำลองที่สอดคล้องกันของทางช้างเผือกถือเป็นความท้าทายอย่างแท้จริง Alan McConnachie จากสถาบันฟิสิกส์ดาราศาสตร์เฮิร์ซเบิร์กแห่งแคนาดา ไม่เกี่ยวข้องกับการศึกษาบอกเนชั่นแนลจีโอกราฟฟิก- “งานนี้ถือเป็นก้าวสำคัญในการสามารถอ้างได้อย่างมั่นใจว่าเรารู้ว่าบ้านของเราใหญ่โตขนาดไหน”