街の明かりから離れて、見上げると、夜空の不思議の1つ、天の川銀河を構成する星の明るい曇りの帯が表示されます。私たちの銀河の家は広大で美しいですが、それに関する多くの謎が残っています。
たとえば、何十年にもわたる試みにもかかわらず、天文学者は銀河の重さを正確に決定する必要があり、その推定値は太陽の質量の7000億から2兆倍の範囲です。
特にあなたがその中に住んでいる間に、銀河の重さを量ることは簡単な仕事ではありません。アリゾナ大学のツーソンにある天文学者のエクタ・パテル氏はライブサイエンスに、「それは米国の人口調査をしようとするようなものですが、インターネットを使用できず、住んでいる街を離れることはできません」と語った。誰もが天の川を宇宙規模で固執し、結果を読み取ることはできません。
問題の一部は、銀河の質量のほとんどが見えないことです。パテル氏によると、暗黒物質は、いかなる種類の光も放出しない謎めいた物質であり、私たちの天の川の約85％を占めています。銀河系の星を数えるだけでは、それほど遠くに行くことはできません。
したがって、研究者は通常、天体の軌道を見るとパテル氏は語った。この方法は、300年以上前にIsaac Newtonによって導出された重力方程式に基づいています。これは、小さい物体が大きい物体の周りを回転する速度と距離が、大きい物体の質量に関連していることを示しています。
The Astrophysical Journalで発表された2017年の研究で使用されている1つの方法は、惑星が星を周回するように、天の川を周回する数十万光年離れた小さな衛星銀河を調べることです。しかし、これらの衛星銀河には問題があります。 「それらの軌道は数十億年の長さである」とパテル氏は語った。つまり、数年後には、それらはほとんど発火せず、研究者は彼らの軌道速度を簡単に決定することができないだろう。
2018年6月にThe Astrophysical Journalで発表された研究で、Patelと彼女の同僚は銀河の重さを測る新しい方法を試しました。彼らは、宇宙の多くの側面を再現できる仮想宇宙のスーパーコンピューターシミュレーションを見て、より大きなものを周回する小さな銀河の例を見つけようとしました。
次に、これらのシミュレートされた衛星銀河の約90,000を、天の川を周回する9つの実際の銀河に関するデータと比較しました。チームは、軌道特性が実際の衛星銀河と最もよく一致するものを選び、それらが移動した模擬銀河の質量を調べました。
これは彼らに私たちの銀河の真の質量のかなり良い見積もりを与えました。それは太陽の質量の960億倍で計時しました。 Patelは、彼女の結果は以前のほとんどの結果の中間にあるといいますが、さらに精度を上げる余地はあります。これはおそらく、銀河系を周回する30個のかすかな矮小銀河の軌道特性の非常に優れた測定値を最近提供した、欧州宇宙機関のガイア衛星によるものと考えられます。このデータを宇宙のシミュレーションと一緒に使用して体重測定を微調整することは、「私のやることリスト」にあるとパテル氏は語った。
最近、NASAのハッブル宇宙望遠鏡と欧州宇宙機関のガイア衛星は、銀河の中心を周回する球状星団または星の島の観測を組み合わせて、天の川の重量がおよそ1.5兆の太陽質量であることを発見しました。その数は最も正確なものの1つかもしれませんが、間もなく次号のThe Astrophysical Journalに掲載される予定です。
銀河の質量を知ることは、天文学者が多くのものを手助けするだろう、とパテルは言った。一つには、天文学者は天の川の質量に依存しているため、衛星銀河の軌道をよりよく計算することができるでしょう。より重い銀河には、それらを周回するより多くの衛星もあり、今までのところ、望遠鏡は天の川の周りを回る約50の銀河を発見しました。銀河の重さは正確にはわからないので、科学者は、衛星銀河がどれくらいの数の銀河を見つけることができるかを正確に知りません。最後に、天の川の真の重量は、研究者がその質量のどの部分が通常の物質と比較して暗黒物質であるかを知るのに役立ちます。
パテルは、将来の研究とより良いデータがこのとらえどころのない未知を最終的に突き止めることを期待しています。
「私は次の10年か20年で私達はよりよい答えがあると思う」と彼女は言った。
編集者注：このストーリーは、2018年9月4日に最初に公開されました。2019年3月7日午後1時30分に更新されました。 ET NASAのハッブル宇宙望遠鏡と欧州宇宙機関のガイア衛星によって収集された観測から取られた、天の川の質量の追加の推定を含めるため。
