In een treffend voorbeeld van astronomie met meerdere missies, metingen van de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop en de ESA Gaia-missie zijn gecombineerd om de schatting van de massa van ons eigen sterrenstelsel de Melkweg te verbeteren:1,5 biljoen zonsmassa's.

De massa van de Melkweg is een van de meest fundamentele metingen die astronomen kunnen doen aan ons galactische huis. Echter, ondanks tientallen jaren van intensieve inspanning, zelfs de best beschikbare schattingen van de massa van de Melkweg zijn het daar enorm mee oneens. Nutsvoorzieningen, door nieuwe gegevens van de Gaia-missie van de European Space Agency (ESA) te combineren met waarnemingen die zijn gedaan met de NASA/ESA Hubble-ruimtetelescoop, astronomen hebben ontdekt dat de Melkweg ongeveer 1,5 biljoen zonsmassa's weegt binnen een straal van 129 000 lichtjaar van het galactische centrum.

Eerdere schattingen van de massa van de Melkweg varieerden van 500 miljard tot 3 biljoen keer de massa van de zon. Deze enorme onzekerheid kwam voornamelijk voort uit de verschillende methoden die werden gebruikt voor het meten van de verdeling van donkere materie, die ongeveer 90% van de massa van de melkweg uitmaakt.

"We kunnen donkere materie gewoon niet rechtstreeks detecteren, " legt Laura Watkins (European Southern Observatory, Duitsland), die het team leidde dat de analyse uitvoerde. "Dat is wat leidt tot de huidige onzekerheid in de massa van de Melkweg - je kunt niet nauwkeurig meten wat je niet kunt zien!"

Gezien de ongrijpbare aard van de donkere materie, het team moest een slimme methode gebruiken om de Melkweg te wegen, die gebaseerd waren op het meten van de snelheden van bolvormige sterrenhopen - dichte sterrenhopen die op grote afstanden om de spiraalvormige schijf van de melkweg draaien.

"Hoe massiever een sterrenstelsel, hoe sneller de clusters bewegen onder de aantrekkingskracht van de zwaartekracht", legt N. Wyn Evans (Universiteit van Cambridge, VK). "De meeste eerdere metingen hebben de snelheid gevonden waarmee een cluster de aarde nadert of verwijdert, dat is de snelheid langs onze gezichtslijn. Echter, we konden ook de zijwaartse beweging van de clusters meten, waarvan de totale snelheid, en bijgevolg de galactische massa, kan worden berekend."

De groep gebruikte Gaia's tweede gegevensrelease als basis voor hun onderzoek. Gaia is ontworpen om een ​​nauwkeurige driedimensionale kaart te maken van astronomische objecten in de hele Melkweg en om hun bewegingen te volgen. De tweede gegevensrelease omvat metingen van bolvormige sterrenhopen tot 65.000 lichtjaar van de aarde.

"Globale clusters strekken zich uit tot een grote afstand, daarom worden ze beschouwd als de beste tracers die astronomen gebruiken om de massa van onze melkweg te meten", zegt Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, VS), die de Hubble-metingen leidde.

Het team combineerde deze gegevens met Hubble's ongeëvenaarde gevoeligheid en observatie-erfenis. Waarnemingen van Hubble lieten vage en verre bolvormige sterrenhopen toe, tot 130.000 lichtjaar van de aarde, aan de studie toe te voegen. Aangezien Hubble enkele van deze objecten al tien jaar observeert, het was mogelijk om ook de snelheden van deze clusters nauwkeurig te volgen.

"We hadden het geluk om zo'n geweldige combinatie van gegevens te hebben, " verklaarde Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, VS). "Door Gaia's metingen van 34 bolvormige sterrenhopen te combineren met metingen van 12 verder verwijderde clusters van Hubble, we zouden de massa van de Melkweg kunnen bepalen op een manier die onmogelijk zou zijn zonder deze twee ruimtetelescopen."

Tot nu, het niet kennen van de precieze massa van de Melkweg heeft een probleem opgeleverd voor pogingen om veel kosmologische vragen te beantwoorden. Het gehalte aan donkere materie van een melkwegstelsel en de verspreiding ervan zijn intrinsiek verbonden met de vorming en groei van structuren in het heelal. Het nauwkeurig bepalen van de massa voor de Melkweg geeft ons een beter begrip van waar ons melkwegstelsel zich in een kosmologische context bevindt.