Од рођења модерне астрономије, научници су желели да утврде пуни опсег галаксије Млечни пут и сазнају више о њеној структури, формирању и еволуцији. Тренутно астрономи процењују да је у пречнику од 100.000 до 180.000 светлосних година и да се састоји од 100 до 400 милијарди звезда - мада неке процене кажу да би могло бити чак 1 билион.
Па ипак, чак и после деценија истраживања и осматрања, још увек много тога о нашим галаксијама астрономи не знају. На пример, још увек покушавају да утврде колико је Млечан пут масиван, а процене се увелико разликују. У новој студији, тим међународних научника представио је нову методу за мерење галаксије на основу динамике галаксија сателита Млечног пута.
Студија под називом „Маса Млечног пута из сателитске динамике“ недавно се појавила у часопису Месечна обавештења Краљевског астрономског друштва. Студију је водио Тхомас Цаллингхам са Института за рачунарску козмологију Универзитета у Дурхаму, а обухватали су чланове Массацхусеттс Институте оф Тецхнологи (МИТ), Хеиделбершки институт за теоретске студије и више универзитета.
Као што указују у својој студији, маса Млечног пута је фундаментална за наше разумевање астрофизике. Не само да је важна у смислу смештања наше галаксије у контекст опште популације галаксија, већ игра и главну улогу када се бавимо неким највећим мистеријама које произлазе из наших тренутних астрофизичких и космолошких теорија.
Ту спадају ситнице формирања галаксија, одступања од тренутног Ламбда хладног мрачног материје (Ламбда ЦДМ), алтернативне теорије о природи тамне материје и велика структура Свемира. Штавише, претходна истраживања су ометана од стране многих фактора, који укључују и чињеницу да се ореол тамне материје Млечног пута (који чини већину његове масе) не може директно посматрати.
Друго важно питање је чињеница да је тешко измерити обим и масу Млечног пута јер смо ми у њему. Као резултат тога, претходне студије које су покушале да закључе масу наше галаксије резултирале су масовним проценама у распону од око 500 милијарди до 2,5 билиона више од масе нашег Сунца (Сунчеве масе). Како је Цаллингхам објаснио за Спаце Магазине путем е-поште, био је потребан рафинирани приступ:
„Већина галаксије је у својој хало тамне материје, која се не може директно посматрати. Уместо тога, његова својства закључујемо кроз посматрање различитих динамичких трагова који осећају гравитационе ефекте тамне материје - попут звјезданих популација, глобуларних кластера, парова и сателитских галаксија. Већина њих лежи у средишту наше галаксије у галактичком диску (унутар ~ 10кпц) и звјезданом халоу (~ 15кпц) што може дати добре процјене масе унутрашње регије. Међутим, хало ДМ достиже око 200кпц и због тога смо се одлучили фокусирати на сателитске галаксије, као један од јединих трагова који претражују ове спољашње делове галаксије. "
За време своје студије, тим се ослањао на податке из другог издања сателита Гаиа (издање ДР2) како би поставили боља ограничења за масу Млечног пута. Мисија Гаиа, која је пружила више информација него икада раније о нашој галаксији, укључује положај и релативне покрете безбројних звезда на Млечном путу - укључујући оне које се налазе у сателитским галаксијама. Као што је Цаллингхам наговестио, ово се показало врло корисним за ограничавање масе Млечног пута:
„Упоређујемо орбитална својства Енергетски и угаони момент сателита МВ-а са онима које налазимо у симулацијама. Користили смо најновија опажања сателита МВ-а из недавног скупа података Гаиа ДР2 и узорак одговарајућих галаксија и сателитских галаксија из ЕАГЛЕ симулација, водећа симулација се одвијала у Дурхаму са великим обимом и пуном хидродинамичком барионичком физиком. "
Софтвер ЕАГЛЕ (Еволуција и монтажа ГаЛакиес-а и њихове околине), који је развио Институт за рачунарску козмологију Универзитета Дурхам, моделира формирање структура у космолошкој запремини која мери 100 Мегапарсека са стране (преко 300 милиона светлосних година). Међутим, коришћење овог софтвера да се закључи маса Млечног пута представљало је неке изазове.
„Изазов томе је ограничен узорак галаксија величине МВ у ЕАГЛЕ-у (или у ствари било које симулације)“, рекао је Цаллингхам. „Да бисмо то помогли, користимо однос масеног скалирања како бисмо укупни узорак галаксија скалирали на исту масу. То нам омогућава да ефикасно користимо више из нашег скупа података и увелико побољшава нашу статистику. Наша метода је затим строго тестирана проналажењем масе симулираних галаксија из ЕАГЛЕ-а и Аурига симулација - независног скупа симулација високе резолуције. То осигурава да је наша масовна процена робусна и да има реалне грешке (нешто са чиме се поље понекад бори због аналитичких претпоставки). “
Из овога су установили да је укупна хало маса Млечног пута износила око 1,04 к 1012 (преко 1 билиона) Соларне масе, са 20% грешке. Ова процена поставља много оштрија ограничења масе Млечног пута од претходних процена и могла би да има значајне импликације у областима астрономије, астрофизике и космологије. Као што је Цаллингхам резимирао:
„Оштрија процена масе може се користити на више начина. У моделирању галаксија, ДМ хало је позадина на коју се уклапају звјездане компоненте. Многе методе за испитивање природе ДМ-а, као што је структура халоа ДМ-а, као и густина ДМ-а на Земљи у сврху директног откривања, зависе од масе МВ-а. Маса се такође може користити за предвиђање броја сателитских галаксија око МВ које очекујемо. "
Осим што ће астрономима пружити рафинирана мерења масе Млечног пута - што ће ићи доста ка информисању нашег разумевања његове величине, обима и популације сателитских галаксија - ово истраживање такође има импликације на наше разумевање Универзума у целини. Штавише, то је омогућено кроз још једну револуционарну студију Гаиа је друго објављивање података.
Треће издање Гаиа подаци би требало да буду одржани крајем 2020., а коначни каталог ће бити објављен у 2020-има. У међувремену, проширење је већ одобрено за Гаиа мисије, која ће сада остати у функцији до краја 2020. (биће потврђена крајем ове године).
