将人类的生命放在宇宙的时间长河里会显得特别渺小,但渺小的我们也经常会对那个神秘的世界充满好奇。比如说,我们的地球在太阳系,对于地球和太阳我们都已经有了基本的认知。而更加遥远的银河系到底有多大,它的质量是多少,我们并没有一个准确的概念。有没有一种简单直接的方法,可以让我们形象的知道银河这个世界有多大。
在之前的研究中,科学家们将银河系的质量大概预估在5000亿到30000亿太阳质量这个范围。而今,天文学家们虽然依然不能将整个银河系放在一个工具上直接得出它的质量,但已经通过哈勃太空望远镜(美国宇航局)和盖亚卫星(欧洲航天局)的测量,得出了银河系最准确的质量到底是多少。
1、将太阳作为参照,银河系质量是多少?
科学家们经过测量得出银河系是一个质量中上的星系(10亿太阳质量是质量最轻的星系,30万亿太阳质量则是质量最重的星系):银河系的质量如果用太阳质量作为参照,那么它的质量应该等于1.5万亿太阳质量。
左边是哈勃望远镜下球状星团NGC5466的一部分图像,右边则是通过相隔十年的哈勃图像计算星团的速度,在中心的右上角和中心的左下方(背景星系),因为数百万光年的遥远距离,看上去似乎并无移动迹象。有一点需要指出的是,我们都知道在银河系之中,存在的绝大多数质量都是我们肉眼不可见的,即使银河系有数千亿颗恒星,但也只占比到百分之几。
哪怕是银河系中心的超大质量黑洞,实际上也只相当于400万个太阳罢了。我们一直管这些看不见的质量叫做神秘的黑暗物质,这也是在宇宙这个世界里存在最丰富的一种物质类型。这些黑暗物质只会和常规的物质有相互作用现象,但不会和光相互作用,我们知道它在哪里,也是通过观测我们可以看到的东西因它而受到的引力变化。
2、哈勃和盖亚望远镜在银河系质量测量中如何分工
盖亚和哈勃望远镜对银河系的观测是互补的,他们两者之间有明确的分工:在观测的过程中,整个银河系中需要建立精确的天文物体三维地图,同时,还需要对他们的运动轨迹进行追踪,这些都是盖亚的分内工作。它的测量也是非常严格的,不仅包含了全天的所有时间段,更包括了很多球状星团。
哈勃望远镜和盖亚的任务是完全不同的,它的观测视野相对要小很多,但是却可以对比较暗的恒星进行观测,所以,它最大的优势就是可以到达距离更远的星团。盖亚测量的34个球状星团,测量值被提高到了65000光年; 哈勃也测量了12个星团,测量了130000光年,这些是从这十年里拍摄的图像中所得到的。
盖亚和哈勃望远镜一起观察球状星团的三维运动(就像一个孤立的球形岛),它们每一个都包含的恒星数量都达到数十万颗,并且,每一颗恒星围绕运行的主体也都是银河系中心。如果一个星系的质量越大,那么这个球状星团会因为重力的影响,移动的速度越快。
与此同时,盖亚和哈勃还记录了目标球状星团的侧向运动,所以可以计算出重力加速度。当我们把两者测量的结合起来作为锚点,那么就会像地图上的引脚一样,天文学家可以就此估算出银河系的质量分布和地球之间相距100万光年。
3、作为棒旋星系的银河系在宇宙之中是怎样的存在
银河系有多个别名,比如说天河、星河、银汉等,唯一的英文名叫做The Milky Way,这正是我们所生活的太阳系所在的棒旋星系,这其中有大量的恒星、星团和星际尘埃等,从我们脚下的地球看银河系,就像是一个环绕天空的银白色环带,拥有巨大“盘面结构”的银河系外观呈扁球体,太阳则位于银河的一个支臂猎户臂上。
在银河系的中心有心有巨大的质量和紧密的结构,我们称之为一个超大质量的黑洞,环绕银河系中心转动的天体都有自己的运行轨道,他们的运行周期主要和轨道的长度相关,也就是说他们的运行速度并不是由和中心距离和质量分布来决定,这和我们的太阳系有很大的不同。
4、银河系的质量对研究不断演变的宇宙星系有何意义
时间追溯到大爆炸后的几亿年,这些球状星团包含了古老的恒星,他们形成于银河系螺旋盘建造成形之前,而我们的太阳和太阳所在的太阳系,也在那里。这些球状星团因为距离太过遥远,可以作为最好的示踪剂,天文学家们需要观测的星系周围暗物质的庞大质量,已经远远超出了这个星系的螺旋盘。
在研究宇宙学问题的时候,如果我们连银河系的质量都不得而知,那么会面临更多的问题。对于科学家而言,如果想要更加了解这个正在不断演变的宇宙中的其他星系,我们首先缺少的就是一个可以置于宇宙学背景中的个体,而了解银河系的准确质量就具有如此重大的意义和作用。