Naše galaxie váží jako 1,5 bilionu Sluncí, ukázalo nové měření

TLDR verze: Naše galaxie Mléčná dráha je větší a hmotnější, než jsme tušili. Vědátoři to zjistili díky analýze nového paklu z observatoře Gaia (studie tu, přijata byla i do Astrophysical Journal).

ESO v rukávu

Mléčná dráha je nám na očích pokaždé, když jdeme za bezoblačné noci (mimo město) při čekání na autobus močit, a v nudě pozvedneme oči k nebesům. Popřípadě pokud jste astronom. Jak už to však chodí, změřit a zvážit rozměry naší galaxie je paradoxně náročnější než u galaxií okolních. Uvnitř Mléčné dráhy se totiž sami nacházíme, a to vše nápadně komplikuje.

Není proto úplně šokantní, že nová práce pod vedením Laury L. Watkins z Evropské jižní observatoře (ESO) značně překonala jenom o tři roky starší studii. Jak moc? Víc jak dvojnásobně. Starší odhady skákaly divoce od 500 miliard Sluncí do 3 bilionů! Nejnověji studie z roku 2016 odhadovala hmotnost naší galaxie na 700 miliard slunečních mas. Watkins nyní přichází s váhou 1,5 bilionu slunečních mas. Mléčná dráha tedy „přibrala“!

Krom toho mírně upravila i předpokládané rozměry. Mléčná dráha měla mít ještě nedávno na průměr 100 tisíc světelných let. Dva roky nazpět přišel nový odhad, který naší galaxii „povyrostl“ na 150 tisíc světelných let. Watkinsová nyní centristicky vše hodila na půli cesty. Průměr je prý 129 tisíc světelných let.

Bylo by samozřejmě snadné nad tím mávnout rukou jako nad posledním příkladem věštění z kávové sedliny. A určitě není vyloučené, že za další tři roky budou údaje zase korigovány. Oproti starším pracím na stejné téma má však tým Watkinsové v rukávu jedno důležité eso – totiž evropskou kosmickou observatoř Gaia, jejíž údaje spojil s daty ESO a dalších observatoří.

Doporučený song ke čtení článku!

Jak se změřit zevnitř

Observatoř Gaia se do kosmu podívala na konci roku 2013. Jménu navzdory její dva teleskopy nečumí na naší Zemi, ale mapují cca miliardu nejzářivějších hvězd naší galaxie do nové, přesnější 3D struktury. Hlavním cílem mise Gaia (původně ostatně pojmenované jako Global Astrometric Interferometer for Astrophysics) je tedy sbírat přesně taková data, která můžou být použita v nové generaci vesmírné kartografie!

Gaia už z pozice sledovaných hvězd například odhalila, že sluneční soustava se od centra galaxie nachází cca. 26 tisíc světelných let, nebo se pádíme jako systém galaktickým ramenem rychlostí 240 km/s. Mléčná dráha je díky ní daleko známějším místem.

Watkins et al. ale vzali údaje z druhé várky z mise Gaia spolu s dalším daty mmj. z Hubbleova teleskopu a přišli s cifrou pravděpodobných 200 miliard hvězd v galaxii. Následně do toho přimíchali váhu galaktického jádra (cca. 4 miliony Sluncí), prachu a plynu – a pak to celé VYNÁSOBILI deseti kvůli přítomnosti temné hmoty!

Nejde však jenom o náhodnou konstantu. Vzhledem k tomu, že temná hmota je kluzká jako naolejovaný úhoř, astrofyzici její hustotu/přítomnost uvnitř Mléční dráhy odhadli podle rychlosti pohybu kulových hvězdokup. Právě v tomhle byla měření Gaii klíčová.

Abychom ji ocenili, musíme si připomenout strukturu naší galaxie. Mléčná dráha se skládá z centrálního jádra (kde je i černá díra), disku s rameny (kde jsme my), hala (kde je majorita temné hmoty) a koróny (která je už hodně daleko). První dvě složky (jádro a disk/ramena) sestávají z baryonické hmoty, čili hmoty, kterou vidíme. Halo je však podle kosmologických teorií rejdištěm hmoty temné, která se nám měří blbě.

Druhá várka jejího sledování/počítání pohybu hvězd a sestavování 3D mapy tak dala vědátorům daleko lepší nástroj pro podobné kalkulace. Starší a méně přesná měření astronomů totiž operovala s tím, jak rychle se hvězdokupy pohybovaly od Země či k Zemi. Taková metoda ale počítá jenom s naší perspektivou. Jenže hvězdokupa se může pohybovat i „do strany“ či „nahoru“. Což z našeho pohledu bude působit pomaleji, než jaká je realita.

Měření naší galaxie. Ilustrační foto. 

Kdo je tu větší

Rychlost pohybu hvězdokupy spirálním ramenem je přitom úměrná její gravitaci, což nám dává přesnější data i o její hmotnosti a složení/hmotnosti média, kterým hvězdokupa prochází. Jakékoliv rozložení hmoty vede k jejímu gravitačnímu potenciálu, který způsobuje, že se objekty pohybují.

Studiem měření pohybu viditelných objektů tak můžeme zpětně získat gravitační potenciál a tím i distribuci hmoty neviditelné, potažmo temné. Měření rychlosti pohybu hvězdokup nám tak dává lepší odhady toho, kolik temné hmoty je přítomné v galaktickém halu.

Není to tak přesné, jako pohyb hvězd změřit přímo u nich – ale vzhledem k tomu, že něco podobného tu jen tak nebude, je to next best thing! Jak už jsem zmínil, nelze samože vyloučit ani další korekce v budoucnu. Watkins například vychází u existence temné hmoty – a ačkoliv si rozhodně nemyslím, že temná hmota je z prstu vycucaná (asi není), fakt jde, že jde stále do značné míry placeholder. Pokud by při jejím hledání a teoretickém popisu došlo na nepravděpodobnou, ale nikoliv vyloučitelnou otočku na podpatku, přepisovala by se i hmotnost galaxie. Totéž platí v případě přesnějšího změření vzdálenější skupin hvězd v naší galaxii.

Cifra 1,5 bilionu Sluncí se však snad už měnit nebude – kalkulace Watkinsové et al. totiž naznačují, že naše galaxie je HMOTNĚJŠÍ než sousední Andromeda, která by měla mít snad jen 800 miliard Sluncí! A pokud nic jiného, zjištění, že jsme větší než sousedi, mne bude příjemně hřát při dalším hledění k nebesům, až zase budu čekat na autobus.

[LL]

Na téma galaxie jsme pokecali i o… potenciálním hvězdopohonu!

Vědátor vzniká v dílně spolku studentů a popularizátorů vědy UP Crowd za podpory MUDRstart, která připravuje přípravné testy pro studenty vysokých škol – podpořte i vy drobákem mojí snahu informovat o vědě věčně & vtipně a přispějte mi v kampani na Patreonu.

A sledujte mojí snahu případně i na Facebooku či YouTube!

Diskuze