Seit Jahrhunderten schauen Astronomen über unser Sonnensystem hinaus, um mehr über die Milchstraße zu erfahren. Und doch gibt es noch viele Dinge, die uns entziehen, wie zum Beispiel die genaue Masse zu kennen. Dies zu bestimmen ist wichtig, um die Geschichte der Galaxienentstehung und die Entwicklung unseres Universums zu verstehen. Daher haben Astronomen verschiedene Techniken ausprobiert, um die wahre Masse der Milchstraße zu messen.
Bisher war keine dieser Methoden besonders erfolgreich. Jedoch a neue Studie von einem Forscherteam der Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics schlug eine neue und interessante Methode vor, um zu bestimmen, wie viel Masse sich in der Milchstraße befindet. Durch die Verwendung von Hypergeschwindigkeitssternen (HVSs), die aus dem Zentrum der Galaxie ausgestoßen wurden, als Referenzpunkt, behaupten sie, dass wir die Masse unserer Galaxie einschränken können.
Ihre Studie mit dem Titel „ Einschränken der Milchstraßenmasse mit Hypergeschwindigkeitssternen “, wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlichtAstronomie und Astrophysik.Die Studie wurde von Dr. Giacomo Fragione, einem Astrophysiker an der Universität Rom, und Professor Abraham Loeb – dem Frank B. Baird, Jr. Professor of Science, dem Vorsitzenden der Astronomieabteilung und dem Direktor der Institut für Theorie und Informatik an der Harvard-Universität.
Sterne, die durch die Galaxie rasen. Bildnachweis: ESA
Um es klar zu sagen, die Bestimmung der Masse der Milchstraße ist keine einfache Aufgabe. Einerseits sind Beobachtungen schwierig, weil das Sonnensystem tief in der Scheibe der Galaxie selbst liegt. Gleichzeitig ist da aber auch die Masse des Halos aus Dunkler Materie unserer Galaxie, die schwer zu messen ist, da sie nicht „leuchtend“ und daher für konventionelle Nachweismethoden unsichtbar ist.
Aktuelle Schätzungen der Gesamtmasse der Galaxie basieren auf den Bewegungen der Gezeitenstromer von Gas- und Kugelsternhaufen, die beide von der Gravitationsmasse der Galaxie beeinflusst werden. Aber bisher haben diese Messungen Massenschätzungen ergeben, die von einer bis zu mehreren Billionen Sonnenmassen reichen. Wie Professor Loeb Universe Today per E-Mail erklärte, ist die genaue Messung der Masse der Milchstraße für Astronomen von großer Bedeutung:
„Die Milchstraße bietet ein Labor zum Testen des kosmologischen Standardmodells. Dieses Modell sagt voraus, dass die Anzahl der Satellitengalaxien der Milchstraße empfindlich von ihrer Masse abhängt. Beim Vergleich der Vorhersagen mit der Zählung bekannter Satellitengalaxien ist es wichtig, die Masse der Milchstraße zu kennen. Darüber hinaus kalibriert die Gesamtmasse die Menge an unsichtbarer (dunkler) Materie und legt die Tiefe des Gravitationspotentials fest und impliziert, wie schnell sich Sterne bewegen sollten, damit sie in den intergalaktischen Raum entkommen.“
Für ihre Studie entschieden sich Prof. Loeb und Dr. Fragione daher für einen neuartigen Ansatz, bei dem die Bewegungen von HVSs modelliert wurden, um die Masse unserer Galaxie zu bestimmen. In unserer Galaxie wurden bisher mehr als 20 HVSs entdeckt, die sich mit Geschwindigkeiten von bis zu 700 km/s (435 mi/s) fortbewegen und sich in Entfernungen von etwa 100 bis 50.000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum befinden.
Künstlerische Vorstellung eines Hypergeschwindigkeitssterns, der aus einer Spiralgalaxie (ähnlich der Milchstraße) austritt und sich in der Nähe in dunkle Materie bewegt. Bildnachweis: Ben Bromley, University of Utah
Es wird angenommen, dass diese Sterne dank der Wechselwirkungen von Doppelsternen mit dem supermassiven Schwarzen Loch (SMBH) im Zentrum unserer Galaxie – auch bekannt – aus dem Zentrum unserer Galaxie herausgeschleudert wurden. Schütze A* . Während ihre genaue Ursache noch umstritten ist, können die Bahnen von HVSs berechnet werden, da sie vollständig durch das Gravitationsfeld der Galaxie bestimmt werden.
Wie sie in ihrer Studie erklären, nutzten die Forscher die Asymmetrie der radialen Geschwindigkeitsverteilung von Sternen im galaktischen Halo, um das Gravitationspotential der Galaxie zu bestimmen. Die Geschwindigkeit dieser Halosterne hängt von der potentiellen Fluchtgeschwindigkeit der HVSs ab, vorausgesetzt, die Zeit, die die HVSs für eine einzelne Umlaufbahn benötigen, ist kürzer als die Lebensdauer der Halosterne.
Daraus konnten sie zwischen verschiedenen Modellen für die Milchstraße und deren Gravitationskraft unterscheiden. Indem sie die nominelle Reisezeit dieser beobachteten HVSs annahmen – die sie auf etwa 330 Millionen Jahre berechneten, was ungefähr der durchschnittlichen Lebensdauer von Halosternen entspricht – konnten sie Gravitationsschätzungen für die Milchstraße ableiten, die Schätzungen ihrer Gesamtmasse ermöglichten .
„Indem wir die minimale Geschwindigkeit ungebundener Sterne kalibrieren, stellen wir fest, dass die Masse der Milchstraße im Bereich von 1,2-1,9 Billionen Sonnenmassen liegt“, sagte Loeb. Obwohl diese neueste Schätzung noch einer Spanne unterliegt, ist sie eine deutliche Verbesserung gegenüber früheren Schätzungen. Darüber hinaus stimmen diese Schätzungen mit unseren aktuellen kosmologischen Modellen überein, die versuchen, die gesamte sichtbare Materie im Universum sowie dunkle Materie und dunkle Energie zu berücksichtigen – das Lambda-CDM-Modell.
Verteilung der Dunklen Materie, als das Universum etwa 3 Milliarden Jahre alt war, erhalten aus einer numerischen Simulation der Galaxienentstehung. Bildnachweis: VIRGO-Konsortium/Alexandre Amblard/ESA
„Die abgeleitete Masse der Milchstraße liegt in dem Bereich, der innerhalb des kosmologischen Standardmodells erwartet wird“, sagte Leob, „wo die Menge an Dunkler Materie etwa fünfmal größer ist als die von gewöhnlicher (leuchtender) Materie.“
Basierend auf dieser Aufteilung kann man sagen, dass die normale Materie in unserer Galaxie – also Sterne, Planeten, Staub und Gas – zwischen 240 und 380 Milliarden Sonnenmassen ausmacht. Diese neueste Studie liefert also nicht nur genauere Massenbeschränkungen für unsere Galaxie, sie könnte uns auch helfen, genau zu bestimmen, wie viele Sternensysteme es gibt – aktuelle Schätzungen besagen, dass die Milchstraße zwischen 200 und 400 Milliarden Sterne und 100 Milliarden Planeten hat .
Darüber hinaus ist diese Studie auch für die Erforschung der kosmischen Entstehung und Evolution von Bedeutung. Durch genauere Schätzungen der Masse unserer Galaxie, die mit dem aktuellen Abbau von normaler und dunkler Materie übereinstimmen, werden Kosmologen in der Lage sein, genauere Berichte über die Entstehung unseres Universums zu erstellen. Dem Verständnis des Universums im größten Maßstab einen Schritt näher!Weiterlesen: Harvard Smithsonian CfA , Astronomie und Astrophysik
