利用NASA 的哈勃太空望远镜与ESA 的盖亚卫星,天文学家终于可以精准帮银河系秤重,确定银河系总质量约1.5 万亿倍太阳质量。
几十年来,天文学家都想测出银河系的总质量,然而先前的估计范围从5 千亿~3 万亿倍太阳质量不等,落差之所以如此大,是因为就算银河系包含2,000 亿颗恒星,中央还有一个400 万太阳质量的超大质量黑洞“人马座A*(Sagittarius A*)”坐镇,事实上也只为银河系总质量贡献了10%,另外90% 质量都由神秘暗物质构成。
这就是过去天文学家对银河系质量的极大不确定性,我们不能准确衡量看不见的东西,又缺乏可以拍下银河系全景的仪器,导致我们对其他星系的理解程度可能比银河系还要高。
鉴于暗物质难以捉摸的性质,天文学家因此必须用另一种聪明方法来衡量银河系。剑桥大学天文学研究所教授 N. Wyn Evans 团队想到了测量球状星团的速度。
球状星团顾名思义,外观呈球形,大多位于星系晕,在星系外部区域绕着星系核心运行,银河系内迄今约发现 150~158 个球状星团。
N. Wyn Evans 表示,一个星系的质量越大,引力便越强,而星团在重力作用下的移动速度也会越快。先前天文学家已经测出星团的径向速度,然而我们还可以进一步测量星团的侧向运动,算出总速度后,就能计算出星系质量。
这就是欧洲太空总局(ESA)盖亚卫星(Gaia)能办到的事情。盖亚卫星设计之目的是精确创建整个银河系所有天体的三维地图,并关注这些天体的运动;哈勃太空望远镜则与盖亚卫星互补,虽然哈勃望远镜的观测视野比较狭窄,但分辨率更高,可以看到更远的天体。
团队结合盖亚卫星数据中34 个星团、哈勃望远镜数据中12 个星团的信息,其中盖亚观测的星团最远距离65,000 光年,哈勃望远镜观测的星团最远距离130,000 光年,有几个甚至已经关注将近10 年,研究人员总算可以确定银河系总质量为1.5 万亿太阳质量。
如果我们始终不能回答银河系的精确质量,便无法回答宇宙学中更深入的问题,一个星系中的暗物质含量与分布区域,和宇宙结构有千丝万缕的关系,现在天文学家可以进一步探讨星系的演化史了。
这篇研究论文可以在NASA 开发的天体物理数据系统(Astrophysics Data System,ADS)线上数据库审查。