銀河系質量有多大?天文學家終於得出精確值

作者 | 發布日期 2019 年 03 月 08 日 14:38 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 follow us in feedly

利用 NASA 的哈伯太空望遠鏡與 ESA 的蓋亞衛星,天文學家終於得以精準幫銀河系秤重,確定銀河系總質量約 1.5 兆倍太陽質量。



幾十年來,天文學家都想測出銀河系的總質量,然而先前的估計範圍從 5 千億至 3 兆倍太陽質量不等,落差之所以如此大,是因為就算銀河系包含 2,000 億顆恆星,中央還有一個 400 萬太陽質量的超大質量黑洞「人馬座 A*」(Sagittarius A*)坐鎮,事實上也只為銀河系總質量貢獻了 10%,另外 90% 質量都由神祕暗物質構成。

這就是過去天文學家對銀河系質量的極大不確定性,我們不能準確衡量看不見的東西,又缺乏可以拍下銀河系全景的儀器,導致我們對其他星系的理解程度可能比銀河系還要高。

鑑於暗物質難以捉摸的性質,天文學家因此必須用另一種聰明方法來衡量銀河系。劍橋大學天文學研究所教授 N. Wyn Evans 團隊想到了測量球狀星團的速度。

球狀星團顧名思義,外觀呈球形,大多位於星系暈,在星系外部區域繞著星系核心運行,銀河系內迄今約發現 150~158 個球狀星團。

N. Wyn Evans 表示,一個星系的質量越大,引力便越強,而星團在重力作用下的移動速度也會越快。先前天文學家已經測出星團的徑向速度,然而我們還可以進一步測量星團的側向運動,算出總速度後,就能計算出星系質量。

這就是歐洲太空總署(ESA)蓋亞衛星(Gaia)能辦到的事情。蓋亞衛星設計目的是精確建立整個銀河系所有天體的三維地圖,並追蹤這些天體的運動;哈伯太空望遠鏡則與蓋亞衛星互補,雖然哈伯望遠鏡的觀測視野比較狹窄,但解析度更高,可以看到更遠的天體。

團隊結合蓋亞衛星數據 34 個星團、哈伯望遠鏡數據 12 個星團的資訊,其中蓋亞觀測的星團最遠距離 65,000 光年,哈伯望遠鏡觀測的星團最遠距離 130,000 光年,有幾個甚至已經追蹤將近 10 年,研究人員總算可以確定銀河系總質量為 1.5 兆太陽質量。

如果我們始終不能回答銀河系的精確質量,便無法回答宇宙學更深入的問題,一個星系的暗物質含量與分布區域,和宇宙結構有千絲萬縷的關係,現在天文學家可以進一步探討星系的演化史了。

這篇研究論文可在 NASA 開發的天體物理數據系統(Astrophysics Data System,ADS)線上資料庫查看。

(首圖來源:歐洲太空總署