Eeuwenlang, astronomen hebben verder gekeken dan ons zonnestelsel om meer te weten te komen over het Melkwegstelsel. En toch, er zijn nog veel dingen die ons ontgaan, zoals het kennen van de precieze massa. Het bepalen hiervan is belangrijk om de geschiedenis van de vorming van sterrenstelsels en de evolutie van ons universum te begrijpen. Als zodanig, astronomen hebben verschillende technieken geprobeerd om de ware massa van de Melkweg te meten.

Tot dusver, geen van deze methoden is bijzonder succesvol geweest. Echter, een nieuwe studie door een team van onderzoekers van het Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics stelde een nieuwe en interessante manier voor om te bepalen hoeveel massa er in de Melkweg is. Door hypervelocity stars (HVS's) te gebruiken die uit het centrum van de melkweg zijn uitgestoten als referentiepunt, ze beweren dat we de massa van onze melkweg kunnen beperken.

hun studie, getiteld "Beperkende Melkwegmassa met Hypervelocity Stars", werd onlangs gepubliceerd in het tijdschrift Astronomie en astrofysica . De studie werd geproduceerd door Dr. Giacomo Fragione, een astrofysicus aan de Universiteit van Rome, en professor Abraham Loeb – de Frank B. Baird, Jr. Hoogleraar Wetenschap, de voorzitter van de afdeling Sterrenkunde, en de directeur van het Institute for Theory and Computation aan de Harvard University.

Om duidelijk te zijn, het bepalen van de massa van het Melkwegstelsel is geen eenvoudige taak. Aan de ene kant, waarnemingen zijn moeilijk omdat het zonnestelsel diep in de schijf van de melkweg zelf ligt. Maar op het zelfde moment, er is ook de massa van de halo van de donkere materie in ons melkwegstelsel, wat moeilijk te meten is omdat het niet "lichtgevend" is, en daarom onzichtbaar voor conventionele detectiemethoden.

De huidige schattingen van de totale massa van de melkweg zijn gebaseerd op de bewegingen van getijdenstromen van gas en bolvormige clusters, die beide worden beïnvloed door de zwaartekracht van de melkweg. Maar tot nu toe, deze metingen hebben massaschattingen opgeleverd die variëren van één tot enkele biljoenen zonnemassa's. Zoals professor Loeb via e-mail aan Universe Today uitlegde, het nauwkeurig meten van de massa van de Melkweg is van groot belang voor astronomen:

"De Melkweg biedt een laboratorium voor het testen van het standaard kosmologische model. Dit model voorspelt dat het aantal satellietstelsels van de Melkweg gevoelig afhangt van zijn massa. Bij het vergelijken van de voorspellingen met de telling van bekende satellietstelsels, het is essentieel om de massa van de Melkweg te kennen. Bovendien, de totale massa kalibreert de hoeveelheid onzichtbare (donkere) materie en bepaalt de diepte van het zwaartekrachtpotentieel goed en geeft aan hoe snel sterren moeten bewegen om te ontsnappen naar de intergalactische ruimte."

Ter wille van hun studie, Prof. Loeb en Dr. Fragione kozen daarom voor een nieuwe benadering, waarbij de bewegingen van HVS's werden gemodelleerd om de massa van onze melkweg te bepalen. Er zijn tot nu toe meer dan 20 HVS's ontdekt in onze melkweg, die reizen met snelheden tot 700 km/s (435 mi/s) en zich bevinden op afstanden van ongeveer 100 tot 50, 000 lichtjaar van het galactische centrum.

Men denkt dat deze sterren uit het centrum van onze melkweg zijn uitgestoten dankzij de interacties van dubbelsterren met het superzware zwarte gat (SMBH) in het centrum van onze melkweg - oftewel. Boogschutter A*. Hoewel hun precieze oorzaak nog steeds onderwerp van discussie is, de banen van HVS's kunnen worden berekend omdat ze volledig worden bepaald door het zwaartekrachtveld van de melkweg.

Zoals ze in hun studie uitleggen, de onderzoekers gebruikten de asymmetrie in de radiale snelheidsverdeling van sterren in de galactische halo om het zwaartekrachtpotentieel van de melkweg te bepalen. De snelheid van deze halosterren is afhankelijk van de potentiële ontsnappingssnelheid van HVS's, op voorwaarde dat de tijd die de HVS's nodig hebben om een ​​enkele baan te voltooien, korter is dan de levensduur van de halosterren.

Van dit, ze waren in staat om onderscheid te maken tussen verschillende modellen voor de Melkweg en de zwaartekracht die het uitoefent. Door de nominale reistijd van deze waargenomen HVS's aan te nemen - die ze berekenden op ongeveer 330 miljoen jaar, ongeveer hetzelfde als de gemiddelde levensduur van halosterren - ze waren in staat om zwaartekrachtschattingen voor de Melkweg af te leiden, waardoor schattingen van de totale massa mogelijk waren.

"Door de minimumsnelheid van ongebonden sterren te kalibreren, we vinden dat de massa van de Melkweg in het bereik ligt van 1,2-1,9 biljoen zonsmassa's, "zei Loeb. Hoewel nog steeds onderhevig aan een reeks, deze laatste schatting is een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere schattingen. Bovendien, deze schattingen zijn consistent met onze huidige kosmologische modellen die proberen alle zichtbare materie in het universum te verklaren, evenals donkere materie en donkere energie - het Lambda-CDM-model.

"De afgeleide Melkwegmassa ligt in het bereik dat wordt verwacht binnen het standaard kosmologische model, " zei Leo, "waar de hoeveelheid donkere materie ongeveer vijf keer groter is dan die van gewone (lichtgevende) materie."

Op basis van deze uitsplitsing kan worden gezegd dat normale materie in ons melkwegstelsel – d.w.z. sterren, planeten, stof en gas - is goed voor tussen 240 en 380 miljard zonsmassa's. Deze laatste studie biedt dus niet alleen preciezere massabeperkingen voor onze melkweg, het zou ons ook kunnen helpen om precies te bepalen hoeveel sterrenstelsels er zijn - volgens de huidige schattingen heeft de Melkweg tussen de 200 en 400 miljard sterren en 100 miljard planeten.

Verder dan dat, deze studie is ook belangrijk voor de studie van kosmische vorming en evolutie. Door nauwkeurigere schattingen te maken van de massa van onze melkweg, die consistent zijn met de huidige afbraak van normale materie en donkere materie, kosmologen zullen in staat zijn om nauwkeurigere beschrijvingen te construeren van hoe ons universum is ontstaan. Een stap dichter bij het begrijpen van het universum op de grootste schaal!