С помощью данных космических телескопов «Хаббл» и Gaia астрономы уточнили массу Млечного Пути. Она расположилась примерно посередине между предыдущими оценками, больше минимальной в три раза и меньше максимальной в два. Главной проблемой, которую пытались решить ученые, было «взвешивание» темной материи — гипотетической формы вещества, которая не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним напрямую, поэтому узнать о ней хотя бы что-то непросто.
Астрономам нужно знать массу Галактики как можно точнее для того, чтобы понять, как она развивалась в космологическом контексте, насколько она типична или нетипична для представителей того же класса объектов. Кроме того, знания о Млечном Пути могут пригодиться для того, чтобы на их основе делать выводы о других галактиках.
Млечный Путь — это спиральная галактика с перемычкой, в которой находится Солнечная система и наша планета. Галактика состоит из ядра, балджа — утолщения в центре галактики, диска с рукавами и гало. В ядре располагается сверхмассивная черная дыра, в балдже, диске и рукавах — звезды, планеты, пыль и межзвездный газ. Как и многие другие галактики, Млечный Путь также окружает сферическое гало, состоящее из разреженного горячего газа, звезд и темной материи.
Массу многих объектов в центре Галактики астрономы определили уже достаточно точно. Например, для сверхмассивной черной дыры она составляет чуть более 4 миллионов масс Солнца, а для всех звезд — около 200 миллиардов солнечных. Однако гораздо больше массы (оценки доходят до 90%) сосредоточено в темной материи, «взвесить» которую довольно сложно из-за того, что она не испускает излучения и не взаимодействует напрямую с другими формами вещества.
Раньше астрономы уже не раз «взвешивали» Млечный Путь целиком. Согласно предыдущим оценкам, его масса составляла от 500 миллиардов до 3 триллионов солнечных масс. Однако астрономы из США и Великобритании решили уточнить эту цифру. В статье, принятой к публикации в The Astrophysical Journal и выложенной на сервисе препринтов arXiv.org, они рассказывают, что решили узнать о массе темной материи, измерив скорость движения шаровых звездных скоплений. Эти объекты вращаются в гало вокруг Галактики и испытывают на себе гравитационное влияние темной материи. С помощью этого метода астрономы могут косвенно узнать о массе загадочного вещества.
Сгенерированное компьютером изображение Млечного Пути. Шаровые звездные скопления показаны яркими точками по краям
ESA/Hubble, NASA, L. Calçada
Основой для вычисления стали данные космических телескопов Gaia и «Хаббл», которые фиксировали перемещения шаровых скоплений в трех измерениях. Благодаря первому в распоряжении астрономов оказалась информация о скорости 34 шаровых скоплений, которые движутся на расстоянии примерно 65 тысяч световых лет от Земли. Данные «Хаббла» рассказали о других 12 скоплениях, самое дальнее из которых двигалось в 130 световых годах от нашей планеты.
В результате астрономы пришли к выводу, что масса Млечного Пути составляет примерно 1,54 триллиона солнечных масс. Однако даже это не самая точная цифра: астрономы ожидают от данных Gaia гораздо большего. Например, с помощью этого телескопа можно будет уточнить форму гало вокруг Млечного Пути, а также использовать в вычислениях бо́льшее число звездных скоплений. Астрономы ожидают, что телескоп будет работать до 2022 года.