Eine neuere, genauere Messung legt die Masse der Milchstraße auf 1,5 Billionen Sonnenmassen fest

Astronomen versuchen immer wieder, die Masse der Milchstraße zu messen und kommen immer wieder auf andere Zahlen. Aber es ist nicht so, dass sie schlecht in Mathe sind. Die Messung der Masse von etwas so Großem wie der Milchstraße ist verwirrend. Außerdem sind wir darin eingebettet; es braucht einige sehr geschickte 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.

Sie wissen nicht, was dunkle Materie ist? Okay, Universe Today ist hier, um zu helfen. (Wenn Sie wissen, was es ist, können Sie den nächsten Abschnitt überspringen.)

Das obligatorische „Was ist Dunkle Materie?“ Teil

Zunächst einmal ist dunkle Materie hypothetisch. Wir wissen nicht genau, 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 besteht aus Atomen und all dem, was wir kennen: Unsere Körper, die Planeten, Sterne, Kim Jong-uns Brille usw. Aber Baryonische Materie macht nur etwa 10-15% der Materie im Universum aus.

Die Brille von Kim Jong-un besteht aus baryonischer Materie. Er ist es auch. Also bist du. Bildnachweis: Von Korea.net (offizielle Website der Republik Korea) – https://www.flickr.com/photos/koreanet/41731170961, KOGL Typ 1, https://commons.wikimedia.org/w/index .php?curid=70893523

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 wird es dunkle Materie genannt.

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 da ist, liegt in der Schwerkraft. Galaxien müssen mehr Masse und damit mehr Gravitation haben, als wir in ihrer regulären Materie sehen können, sonst würden sie einfach auseinanderfliegen. Ihre Masse und Schwerkraft halten sie zusammen.

Die kurze Version ist, dass die Dinge einfach nicht so sein können, wie sie sind, es sei denn, es gäbe viel mehr Masse, 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 (Europäische Südsternwarte, Deutschland), die das Analyseteam leitete. “Das führt zu der gegenwärtigen Unsicherheit in der Masse der Milchstraße – man kann nicht genau messen, was man nicht sieht!'

Wie können wir also etwas messen, was wir nicht sehen können? Astronomen sind damit beschäftigt, die Wirkung dunkler Materie zu messen und arbeiten dann irgendwie rückwärts. Aber trotz aller Bemühungen schwanken die Schätzungen stark, von der 500-Milliarden-fachen Sonnenmasse bis hin zur 3-Billionen-fachen Sonnenmasse. Das ist eine riesige Diskrepanz und ein echtes quälendes Problem in der Astronomie. Und es liegt an der Schwierigkeit, die gesamte dunkle Materie zu messen.

Jetzt a neue Studie unter der Leitung von Laura Watkins vom European Southern Observatory glaubt, dass sie der Messung der Dunklen Materie und damit der gesamten Masse der Milchstraße noch am nächsten gekommen sind. Ihre Nummer?

Sie sagen, die Milchstraße enthält 1,5 Billionen Mal so viel Masse wie unsere Sonne oder 1,5 Billionen Sonnenmassen in einem Radius von 125.000 Lichtjahren vom galaktischen Zentrum.

Die Studie stützt sich auf die zweite Datenfreigabe von der Europäischen Weltraumorganisation Gaia-Mission . Die Autoren kombinierten es mit Beobachtungen des Arbeitspferdes Hubble-Weltraumteleskop.

Die Raumsonde Gaia der ESA. Gaia misst die Positionen von Milliarden von Sternen mit größerer Genauigkeit als je zuvor. Bildnachweis:
ESA / ATG medialab

Kommen wir zu den Eingeweide, wie Astronomen die Masse der Milchstraße messen.

Astronomen können nicht einfach Probemessungen von Sternen vornehmen 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 wurden bereits eine Reihe von Messungen für sie durchgeführt.

Betreten Sie Gaia und Kugelsternhaufen

Gaia ist die Mission der ESO, eine 3D-Karte der Milchstraße zu erstellen. Es ist eine ehrgeizige Mission, die jedoch zu großartigen Ergebnissen geführt hat. Gaia hat die Positions- und Radialgeschwindigkeit von etwa einer Milliarde der Sterne in der Milchstraße gemessen und in der Lokale Gruppe . Das ist etwa ein Prozent der Sterne in unserer Galaxie. Das mag nicht viel klingen, aber die Genauigkeit der Messungen ist auch sehr wichtig, gerade wenn es um die Messung von Dunkler Materie geht.

Einige der etwa eine Milliarde Sterne, die Gaia gemessen hat, befinden sich in den Kugelsternhaufen in der Nähe der Milchstraße. Kugelsternhaufen sind kugelförmige Ansammlungen von Sternen, von denen etwa 150 die Milchstraße umkreisen. Am wichtigsten ist, je massereicher die Galaxie ist, desto schneller kreisen die Kugelsternhaufen. Und Gaia hat uns genauere Messungen ihrer Geschwindigkeit gegeben als je zuvor.

'Je massereicher eine Galaxie ist, desto schneller bewegen sich ihre Haufen unter der Anziehungskraft ihrer Schwerkraft.'

N. Wyn Evans, Universität Cambridge, Großbritannien.

'Je massereicher eine Galaxie ist, desto schneller bewegen sich ihre Haufen unter der Anziehungskraft ihrer Schwerkraft“ erklärt N. Wyn Evans (University of Cambridge, UK). “Die meisten bisherigen Messungen haben die Geschwindigkeit ermittelt, mit der sich ein Haufen der Erde nähert oder von ihr entfernt, also die Geschwindigkeit entlang unserer Sichtlinie. Wir konnten aber auch die Seitwärtsbewegung der Haufen messen, woraus sich die Gesamtgeschwindigkeit und damit die galaktische Masse berechnen lässt.'

Eine Aufnahme des Hubble-Weltraumteleskops des Kugelsternhaufens NGC 4147, eines der Cluster, mit dem die Masse der Milchstraße in dieser neuen Studie gemessen wurde. NGC 4147 ist etwa 60.000 Lichtjahre von der Erde entfernt. Bildnachweis:
ESA / Hubble & NASA, T. Sohn et al.

Der Hubble hilft aus

Je weiter der Kugelsternhaufen entfernt ist, desto mehr verraten sie uns über die Masse der Milchstraße. Obwohl Gaia die extrem genauen Geschwindigkeitsmessungen der Haufen lieferte, war es das ehrwürdige Hubble-Weltraumteleskop, das Haufen bis zu 130.000 Lichtjahre von der Erde entfernt maß, was der neuen Massenmessung für die Milchstraße eine große Genauigkeit verlieh.

'Globale Haufen erstrecken sich über große Entfernungen, daher gelten sie als die besten Tracer, die Astronomen verwenden, um die Masse unserer Galaxie zu messen“, sagte 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 (Space Telescope Science Institute, USA). “Durch die Kombination von Gaias Messungen von 34 Kugelsternhaufen mit Messungen von 12 weiter entfernten Sternhaufen von Hubble konnten 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 intrinsischer und wichtiger Bestandteil viel größerer Fragen. Der Gehalt an dunkler Materie einer Galaxie ist mit der Bildung und dem Wachstum von Strukturen im Universum verbunden.

Diese genauere Messung der Masse der Milchstraße hilft uns, unsere Heimatgalaxie und ihren Platz im Kosmos zu verstehen.

Nicht schlecht.

Quellen:

• Forschungsbericht: Beweise für eine Milchstraße mittlerer Masse von Gaia DR2 Halo-Kugelsternhaufen-Bewegungen
• Pressemitteilung: Hubble und Gaia wiegen die Milchstraße genau