將人類的生命放在宇宙的時間長河裡會顯得特別渺小,但渺小的我們也經常會對那個神秘的世界充滿好奇。比如說,我們的地球在太陽系,對於地球和太陽我們都已經有了基本的認知。而更加遙遠的銀河繫到底有多大,它的質量是多少,我們並沒有一個準確的概念。有沒有一種簡單直接的方法,可以讓我們形象的知道銀河這個世界有多大。
在之前的研究中,科學家們將銀河系的質量大概預估在5000億到30000億太陽質量這個範圍。而今,天文學家們雖然依然不能將整個銀河系放在一個工具上直接得出它的質量,但已經通過哈勃太空望遠鏡(美國宇航局)和蓋亞衛星(歐洲航天局)的測量,得出了銀河系最準確的質量到底是多少。
1,將太陽作為參照,銀河系質量是多少?
科學家們經過測量得出銀河系是一個質量中上的星系(10億太陽質量是質量最輕的星系,30萬億太陽質量則是質量最重的星系):銀河系的質量如果用太陽質量作為參照,那麼它的質量應該等於1.5萬億太陽質量。
左邊是哈勃望遠鏡下球狀星團NGC5466的一部分圖像,右邊則是通過相隔十年的哈勃圖像計算星團的速度,在中心的右上角和中心的左下方(背景星系),因為數百萬光年的遙遠距離,看上去似乎並無移動跡象。有一點需要指出的是,我們都知道在銀河系之中,存在的絕大多數質量都是我們肉眼不可見的,即使銀河系有數千億顆恆星,但也只佔比到百分之幾。
哪怕是銀河系中心的超大質量黑洞,實際上也只相當於400萬個太陽罷了。我們一直管這些看不見的質量叫做神秘的黑暗物質,這也是在宇宙這個世界裡存在最豐富的一種物質類型。這些黑暗物質只會和常規的物質有相互作用現象,但不會和光相互作用,我們知道它在哪裡,也是通過觀測我們可以看到的東西因它而受到的引力變化。
2、哈勃和蓋亞望遠鏡在銀河系質量測量中如何分工
蓋亞和哈勃望遠鏡對銀河系的觀測是互補的,他們兩者之間有明確的分工:在觀測的過程中,整個銀河系中需要建立精確的天文物體三維地圖,同時,還需要對他們的運動軌跡進行追蹤,這些都是蓋亞的分內工作。它的測量也是非常嚴格的,不僅包含了全天的所有時間段,更包括了很多球狀星團。
哈勃望遠鏡和蓋亞的任務是完全不同的,它的觀測視野相對要小很多,但是卻可以對比較暗的恆星進行觀測,所以,它最大的優勢就是可以到達距離更遠的星團。蓋亞測量的34個球狀星團,測量值被提高到了65000光年; 哈勃也測量了12個星團,測量了130000光年,這些是從這十年裡拍攝的圖像中所得到的。
蓋亞和哈勃望遠鏡一起觀察球狀星團的三維運動(就像一個孤立的球形島),它們每一個都包含的恆星數量都達到數十萬顆,並且,每一顆恆星圍繞運行的主體也都是銀河系中心。如果一個星系的質量越大,那麼這個球狀星團會因為重力的影響,移動的速度越快。
與此同時,蓋亞和哈勃還記錄了目標球狀星團的側向運動,所以可以計算出重力加速度。當我們把兩者測量的結合起來作為錨點,那麼就會像地圖上的引腳一樣,天文學家可以就此估算出銀河系的質量分布和地球之間相距100萬光年。
3、作為棒旋星系的銀河系在宇宙之中是怎樣的存在
銀河系有多個別名,比如說天河、星河、銀漢等,唯一的英文名叫做The Milky Way,這正是我們所生活的太陽系所在的棒旋星系,這其中有大量的恆星、星團和星際塵埃等,從我們腳下的地球看銀河系,就像是一個環繞天空的銀白色環帶,擁有巨大「盤面結構」的銀河系外觀呈扁球體,太陽則位於銀河的一個支臂獵戶臂上。
在銀河系的中心有心有巨大的質量和緊密的結構,我們稱之為一個超大質量的黑洞,環繞銀河系中心轉動的天體都有自己的運行軌道,他們的運行周期主要和軌道的長度相關,也就是說他們的運行速度並不是由和中心距離和質量分布來決定,這和我們的太陽系有很大的不同。
4、銀河系的質量對研究不斷演變的宇宙星系有何意義
時間追溯到大爆炸後的幾億年,這些球狀星團包含了古老的恆星,他們形成於銀河系螺旋盤建造成形之前,而我們的太陽和太陽所在的太陽系,也在那裡。這些球狀星團因為距離太過遙遠,可以作為最好的示蹤劑,天文學家們需要觀測的星系周圍暗物質的龐大質量,已經遠遠超出了這個星系的螺旋盤。
在研究宇宙學問題的時候,如果我們連銀河系的質量都不得而知,那麼會面臨更多的問題。對於科學家而言,如果想要更加了解這個正在不斷演變的宇宙中的其他星系,我們首先缺少的就是一個可以置於宇宙學背景中的個體,而了解銀河系的準確質量就具有如此重大的意義和作用。