Określenie masy swojego ciała jest czynnością trywialną. Wystarczy wejść na wagę, uwzględnić przyciąganie ziemskie i voila, mamy masę. Kiedy jednak chcemy badać masę obiektów kosmicznych sytuacja nie jest już taka prosta.
Już nawet badanie masy Ziemi może nastręczać pewnych problemów. Jakby nie patrzeć, można się oprzeć na przyciąganiu ziemskim, ale na pewnym etapie precyzji należy uwzględnić fakt, że Ziemia nie jest idealnie kulista, a to znaczy, że przyciąganie grawitacyjne w różnych miejscach na powierzchni nieznacznie się od siebie różni, dając tym samym różne wyniki. Musimy zatem zadowolić się wartością przybliżoną. Wystarcza jednak ona do szacowania mas innych obiektów Układu Słonecznego.
Badanie masy Drogi Mlecznej to jednak znacznie większy problem. Teoretycznie można oszacować najpierw liczbę gwiazd w galaktyce, ich łączną masę, następnie dodać do niej masę całego pyłu i gazu międzygwiezdnego, a potem jeszcze dorzucić masę całej ciemnej materii w galaktyce. Żaden z tych etapów nie należy do zadań łatwych.
Astronomowie wiedzą, że znacznie lepszym sposobem jest sprawdzenie, jak prędkość orbitalna gwiazd zmienia się wraz z odległością od centrum galaktyki. Nazywa się to krzywą rotacji i wyznacza górną granicę masy Drogi Mlecznej, która wynosi około 600 miliardów do biliona mas Słońca. Już sama niepewność w tym wyniku wyraźnie wskazuje, jak trudne jest to przedsięwzięcie. W najnowszym artykule naukowym opublikowanym na serwerze preprintów arXiv opisano nową metodę, która daje nadzieję na uzyskanie precyzyjniejszej wartości masy Drogi Mlecznej.
Czytaj także: Hubble i Gaia precyzyjnie mierzą masę Drogi Mlecznej
Metoda ta bada prędkość ucieczki gwiazd z naszej galaktyki. Jeśli gwiazda porusza się wystarczająco szybko, może pokonać przyciąganie grawitacyjne Drogi Mlecznej i uciec w przestrzeń międzygwiazdową. Minimalna prędkość konieczna do ucieczki zależy od masy naszej galaktyki, więc pomiar jednego parametru daje nam drugi. Niestety, wiadomo, że niewiele gwiazd ucieka z naszej galaktyki, co nie wystarczy, aby precyzyjnie określić masę galaktyki. Dlatego zespół przyjrzał się statystycznemu rozkładowi prędkości gwiazd zmierzonych przez sondę Gaia.
Metoda jest podobna do ważenia księżyca z garścią pyłu. Gdybyś stał na Księżycu i rzucał pył w górę, wolniej poruszające się cząstki pyłu osiągnęłyby niższą wysokość niż szybsze cząstki. Jeśli zmierzysz prędkość i położenie cząstek pyłu, statystyczna zależność między prędkością a wysokością powie ci, jak mocno Księżyc przyciąga poszczególne ziarna pyłu, a tym samym masę Księżyca.
W Drodze Mlecznej gwiazdy przypominają drobinki kurzu krążące w polu grawitacyjnym galaktyki. Zespół wykorzystał prędkości i położenie miliarda gwiazd do oszacowania prędkości ucieczki w różnych odległościach od centrum galaktyki. Na tej podstawie mogli określić całkowitą masę Drogi Mlecznej. Wynik? Masa naszej galaktyki to około 640 miliardów mas Słońca.
To wynik niższy od wcześniejszych szacunków i jeśli jest dokładny, oznacza to, że w Drodze Mlecznej znajduje się nieco mniej ciemnej materii, niż sądziliśmy.