Насколько массивной является галактика Млечный Путь?

Без городских огней, в ночном небе вы увидите  яркие облачные полосы звёзд, которые составляют нашу галактику Млечный Путь. Наш галактический дом обширен и красив.

Астрономам ещё предстоит точно определить, сколько весит наша галактика (по оценками в пределах от 700 до 2 триллионов больше массы нашего солнца).
Насколько массивной является галактика Млечный Путь?
Взвешивание галактик (особенно той галактики, в которой мы живём) — непростая задача. Это похоже на попытку провести перепись населения, но гораздо сложнее. Проблема в том, что большая часть  галактики невидима. Загадочное вещество, тёмная материя,   которая не выделяет никакого света, составляет около 85% нашего Млечного Пути. Простой подсчёт звёзд ничего не даст.

Исследователи обычно смотрят на орбиту какого-либо небесного объекта, когда меньшее тело вращается вокруг большего. Метод основан на уравнениях гравитации, полученных Исааком Ньютоном более 300 лет назад. Уравнения говорят нам, что скорость и расстояние связаны с массой более крупного объекта.

Один из методов, используемых в исследовании 2017 года (отчёт есть в «Астрофизическом журнале»), заключается в том, чтобы наблюдать небольшие спутниковые галактики в сотнях тысяч световых лет от Земли, которые движутся по Млечному пути, как планеты движутся вокруг звёзд. Но есть проблема с этими спутниковыми галактиками. «Их орбиты составляют миллиарды лет» — сказала Экта Патель, астроном из Университета штата Аризона в Тусоне. Она имела в виду, что через несколько лет они едва сдвинутся: исследователям не легко определить их орбитальную скорость.

Патель и её коллеги пробовали найти новый метод взвешивания галактик. Они выстроили на суперкомпьютере симуляции виртуальных вселенных, которые могут воспроизвести многие аспекты нашего космоса, и попытались найти примеры небольших галактик, которые занимают более обширные орбиты.

Примерно 90 000 этих смоделированных спутниковых галактик сравнивались с данными о девяти реальных галактиках, вращающихся вокруг Млечного Пути. Команда выбрала те, чьи орбитальные свойства наиболее близки реальным спутниковым галактикам и получили массу моделируемой галактики.

Это дало учёным довольно верную оценку истинной массы нашей галактики: она в 960 миллиардов раз превышала массу солнца. Данные, полученные от спутника Gaia Европейского космического агентства, обеспечили чрезвычайно хорошие измерения орбитальных свойств 30 слабых карликовых галактик, вращающихся вокруг Млечного пути. Использование этих данных наряду с космологическими симуляторами точной настройки измерения веса, дали астрономам знание массы нашей галактики. Во-первых, астрономы смогли вычислить орбиты спутниковых галактик, а они зависят от массы Млечного Пути.

Более тяжёлые галактики также имеют спутники, вращающиеся вокруг них, и до сих пор телескопы обнаружили около 50 галактик, на орбите вокруг Млечного Пути. Поскольку мы точно не знаем, сколько весит галактика (учёные не уверены в точности), но сколько спутниковых галактик они ожидают найти, уже предположили. Истинный вес Млечного Пути поможет исследователям узнать, какова доля его массы — тёмной материи по сравнению с обычным веществом.

Патель надеется, что будущие исследования в конечном итоге подтвердят неуловимую неизвестную. «Я думаю, что в ближайшие 10-20 лет у нас появился точный ответ» — сказала она. (Астрономия — термины и определения)