Astronomen versuchen immer wieder, die Masse der Milchstraße zu messen, und sie finden immer wieder unterschiedliche Zahlen. Aber es ist nicht so, dass sie schlecht in Mathe sind. Das Messen der Masse von etwas so Riesigem wie der Milchstraße ist verwirrend. Außerdem sind wir darin eingebettet. Es bedarf einiger sehr kluger Manöver, um seine Masse einzuschränken.
Die Masse der Milchstraße ist eine grundlegende wissenschaftliche Frage, die Astronomen seit Jahrzehnten zu beantworten versuchen. Das Problem ist, dass selbst die besten Schätzungen der Astronomen stark variieren. Die Schwierigkeit ergibt sich nicht aus der Messung der Masse der Sterne selbst. Es kommt von der Herausforderung, dunkle Materie zu messen.
Weißt du nicht, was dunkle Materie ist? Okay, das Space Magazine ist hier um zu helfen. (Wenn Sie wissen, was es ist, können Sie den nächsten Abschnitt überspringen.)
Das Obligatorische "Was ist Dunkle Materie?" Teil
Erstens ist dunkle Materie hypothetisch. Wir wissen nicht wirklich, was es ist. Aber wir wissen, dass es da ist, oder besser gesagt, wir wissen, dass etwas da ist.
Die Dinge, die wir sehen und mit denen wir interagieren können, bestehen aus sogenannter "baryonischer Materie". Sie bestehen aus Atomen und sind alles, was wir kennen: Unsere Körper, die Planeten, Sterne, Kim Jong-un's Brillen usw. Aber Baryonische Materie macht nur etwa 10-15% der Materie im Universum aus.
Wir glauben, dass dunkle Materie etwa 85-90% der Materie im Universum ausmacht. Es unterscheidet sich von normaler Materie, weil es nicht mit Licht interagiert und wir es nicht sehen können. Deshalb nennt man es dunkle Materie.
Aber wir wissen, dass es da ist, weil Galaxien sich so verhalten, als hätten sie viel mehr Masse als wir sehen können. Der Hinweis, dass es dort ist, liegt in der Schwerkraft. Galaxien müssen mehr Masse und damit mehr Schwerkraft haben, als wir in ihrer regulären Materie sehen können, sonst würden sie einfach auseinander fliegen. Ihre Masse und Schwerkraft halten sie zusammen.
Die Kurzfassung besagt, dass die Dinge einfach nicht so sein können, wie sie sind, wenn es nicht viel mehr Masse gibt, als wir messen können.
Es ist wirklich schwer zu messen
“Wir können dunkle Materie einfach nicht direkt erkennen.”
Laura Watkins, Europäische Südsternwarte
“Wir können dunkle Materie einfach nicht direkt erkennen.”Erklärt Laura Watkins (European Southern Observatory, Deutschland), die das Team leitete, das die Analyse durchführte. „Dies führt zu der gegenwärtigen Unsicherheit in der Masse der Milchstraße - Sie können nicht genau messen, was Sie nicht sehen können!“
Wie können wir also etwas messen, das wir nicht sehen können? Astronomen beschäftigen sich damit, die Wirkung der Dunklen Materie zu messen und dann rückwärts zu arbeiten. Aber trotz aller Anstrengungen variieren die Schätzungen stark, von der 500-Milliarden-fachen Masse unserer Sonne bis zur 3-Billionen-fachen Masse unserer Sonne. Das ist eine große Diskrepanz und ein echtes Problem in der Astronomie. Und das liegt an der Schwierigkeit, die gesamte dunkle Materie zu messen.
Eine neue Studie von Laura Watkins vom European Southern Observatory geht davon aus, dass sie der Messung der dunklen Materie und damit der gesamten Masse der Milchstraße noch am nächsten kommt. Ihre Nummer?
Sie sagen, dass die Milchstraße 1,5 Billionen Mal so viel Masse enthält wie unsere Sonne oder 1,5 Billionen Sonnenmassen in einem Radius von 125.000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum entfernt.
Die Studie stützt sich auf die zweite Datenveröffentlichung der Gaia-Mission der Europäischen Weltraumorganisation. Die Autoren kombinierten es mit Beobachtungen des Arbeitspferdes Hubble Space Telescope.
Lassen Sie uns untersuchen, wie Astronomen die Masse der Milchstraße messen.
Astronomen können nicht nur Proben von Sternen messen und dann extrapolieren. Das funktioniert nicht, weil sie nicht die ganze dunkle Materie sehen können. Also messen sie andere Dinge. Und dank der Gaia-Mission wurde bereits eine Reihe von Messungen für sie durchgeführt.
Geben Sie Gaia und Kugelsternhaufen ein
Gaia ist die Mission der ESO, eine 3D-Karte der Milchstraße zu erstellen. Es ist eine ehrgeizige Mission, aber sie hat großartige Ergebnisse gebracht. Gaia hat die Positions- und Radialgeschwindigkeit von etwa einer Milliarde Sternen in der Milchstraße und in der lokalen Gruppe gemessen. Dies ist ungefähr ein Prozent der Sterne in unserer Galaxie. Das hört sich vielleicht nicht viel an, aber die Genauigkeit der Messungen ist auch sehr wichtig, insbesondere wenn es um die Messung dunkler Materie geht.
Einige der ungefähr eine Milliarde Sterne, die Gaia gemessen hat, befinden sich in den Kugelhaufen in der Nähe der Milchstraße. Kugelhaufen sind kugelförmige Ansammlungen von Sternen, von denen etwa 150 die Milchstraße umkreisen. Je massereicher die Galaxie ist, desto schneller umkreisen die Kugelhaufen. Und Gaia hat uns genauere Messungen ihrer Geschwindigkeit als je zuvor gegeben.
“Je massereicher eine Galaxie ist, desto schneller bewegen sich ihre Cluster unter dem Einfluss ihrer Schwerkraft.“
N. Wyn Evans, Universität Cambridge, Großbritannien.
“Je massereicher eine Galaxie ist, desto schneller bewegen sich ihre Cluster unter dem Einfluss ihrer Schwerkraft”Erklärt N. Wyn Evans (Universität von Cambridge, UK). „Die meisten früheren Messungen haben die Geschwindigkeit ermittelt, mit der sich ein Cluster der Erde nähert oder von dieser zurückzieht, dh die Geschwindigkeit entlang unserer Sichtlinie. Wir konnten jedoch auch die Seitwärtsbewegung der Cluster messen, aus der die Gesamtgeschwindigkeit und damit die galaktische Masse berechnet werden kann.“
Der Hubble hilft aus
Je weiter der Kugelsternhaufen entfernt ist, desto mehr erzählen sie uns über die Masse der Milchstraße. Obwohl Gaia die äußerst genauen Geschwindigkeitsmessungen der Cluster lieferte, war es das ehrwürdige Hubble-Weltraumteleskop, das Cluster bis zu 130.000 Lichtjahre von der Erde entfernt maß und der neuen Massenmessung für die Milchstraße ein hohes Maß an Genauigkeit verlieh.
“Globale Cluster erstrecken sich über große Entfernungen und gelten daher als die besten Tracer, mit denen Astronomen die Masse unserer Galaxie messenSagte Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), der die Hubble-Messungen leitete.
“Wir hatten das Glück, eine so großartige Kombination von Daten zu haben.Erklärte Roeland P. van der Marel (Weltraumteleskop-Wissenschaftsinstitut, USA). „Durch die Kombination von Gaias Messungen von 34 Kugelhaufen mit Messungen von 12 weiter von Hubble entfernten Clustern könnten wir die Masse der Milchstraße auf eine Weise bestimmen, die ohne diese beiden Weltraumteleskope unmöglich wäre.“
Warum es wichtig ist
Also was nun?
Die Masse der Milchstraße ist mehr als nur eine Kuriosität, sie ist ein wesentlicher und wichtiger Bestandteil viel größerer Fragen. Der Gehalt an dunkler Materie einer Galaxie hängt mit der Bildung und dem Wachstum von Strukturen im Universum zusammen.
Diese genauere Messung der Masse der Milchstraße hilft uns, unsere Heimatgalaxie und ihren Platz im Kosmos zu verstehen.
Nicht schlecht.
Quellen:
- Forschungsbericht: Hinweise auf eine Milchstraße mit mittlerer Masse aus Gaia DR2-Halo-Kugelsternhaufenbewegungen
- Pressemitteilung: Hubble und Gaia wiegen die Milchstraße genau
