يواصل الفلكيون محاولة قياس كتلة درب التبانة ويواصلون الخروج بأرقام مختلفة. لكن الأمر ليس أنهم سيئون في الرياضيات. إن قياس كتلة شيء ضخم مثل درب التبانة أمر مربك. بالإضافة إلى أننا مدمجون فيه ؛ يستغرق مناورة ذكية جدا للحد من كتلته.
تعد كتلة درب التبانة سؤالًا علميًا أساسيًا يحاول الفلكيون الإجابة عنه منذ عقود. المشكلة هي ، حتى أفضل تقديرات الفلكيين تختلف اختلافا كبيرا. لا تنشأ الصعوبة من قياس كتلة النجوم نفسها. يأتي من تحدي قياس المادة المظلمة.
لا أعرف ما هي المادة المظلمة؟ حسنًا ، مجلة الفضاء هنا لمساعدتك. (إذا كنت تعرف ما هو ، فيمكنك تخطي القسم التالي.)
وجوب "ما هي المادة المظلمة؟" جزء
بادئ ذي بدء ، المادة المظلمة افتراضية. نحن لا نعرف حقا ما هو. لكننا نعرف أنها موجودة ، أو بالأحرى نعلم أن هناك شيئًا ما.
الأشياء التي يمكننا رؤيتها والتفاعل معها مصنوعة مما يسمى "المادة الباريونية". وهي مصنوعة من الذرات وجميع الأشياء التي نعرفها: أجسامنا ، الكواكب ، النجوم ، نظارات كيم جونغ أون ، إلخ. ولكن تشكل المادة الباريونية حوالي 10-15٪ فقط من المادة في الكون.
نعتقد أن المادة المظلمة تشكل حوالي 85-90٪ من المادة في الكون. إنه يختلف عن المادة العادية لأنه لا يتفاعل مع الضوء ولا يمكننا رؤيته. لهذا السبب تسمى المادة المظلمة.
لكننا نعلم أنها موجودة لأن المجرات تتصرف كما لو كانت كتلتها أكبر مما يمكننا رؤيته. التلميح بأنه موجود في الجاذبية. يجب أن تحتوي المجرات على كتلة أكبر ، وبالتالي أكثر جاذبية ، مما يمكننا رؤيته في مادتها العادية ، أو أنها ستطير فقط. كتلتها وجاذبيتها تجمعهم معًا.
النسخة القصيرة هي أن الأشياء لا يمكن أن تكون كما هي إلا إذا كان هناك كتلة أكبر بكثير مما يمكننا قياسه.
من الصعب حقًا قياسه
“لا يمكننا اكتشاف المادة المظلمة مباشرة.”
لورا واتكينز ، المرصد الجنوبي الأوروبي
“لا يمكننا اكتشاف المادة المظلمة مباشرة ،تشرح لورا واتكينز (المرصد الجنوبي الأوروبي ، ألمانيا) ، التي قادت الفريق الذي أجرى التحليل. "هذا ما يؤدي إلى عدم اليقين الحالي في كتلة درب التبانة - لا يمكنك قياس ما لا يمكنك رؤيته بدقة!“
إذا كيف يمكننا قياس شيء لا نستطيع رؤيته؟ ينشغل الفلكيون بقياس تأثير المادة المظلمة ثم نوع من العمل إلى الوراء. ولكن حتى مع كل الجهد المبذول فيه ، تختلف التقديرات بشكل كبير ، من 500 مليار ضعف كتلة شمسنا ، إلى 3 تريليون ضعف كتلة شمسنا. هذا تناقض كبير ، ومشكلة حقيقية مزعجة في علم الفلك. وذلك بسبب صعوبة قياس كل المادة المظلمة.
تعتقد دراسة جديدة بقيادة لورا واتكينز من المرصد الجنوبي الأوروبي أنها اقتربت من قياس المادة المظلمة ، وبالتالي الكتلة الكاملة لدرب التبانة. عددهم؟
يقولون أن درب التبانة يحتوي على 1.5 تريليون ضعف كتلة الشمس ، أو 1.5 تريليون كتلة شمسية ، في دائرة نصف قطرها 125000 سنة ضوئية من مركز المجرة.
تعتمد الدراسة على إصدار البيانات الثاني من مهمة Gaia التابعة لوكالة الفضاء الأوروبية. قام المؤلفون بدمجها مع ملاحظات من تلسكوب هابل الفضائي.
دعونا ندخل في شجاعة كيفية قياس الفلكيين لكتلة درب التبانة.
لا يستطيع الفلكيون فقط أخذ عينات من القياسات للنجوم ثم استقراء. هذا لا يعمل لأنهم لا يستطيعون رؤية كل المادة المظلمة. لذلك يقيسون أشياء أخرى. وبفضل مهمة Gaia ، تم بالفعل إجراء مجموعة من القياسات لهم.
أدخل مجموعات Gaia و Globular
Gaia هي مهمة ESO لإنشاء خريطة ثلاثية الأبعاد لدرب التبانة. إنها مهمة طموحة ، لكنها أسفرت عن نتائج رائعة. قام Gaia بقياس السرعة الموضعية والقطرية لحوالي مليار نجم في مجرة درب التبانة ، وفي المجموعة المحلية. هذا حوالي واحد بالمائة من النجوم في مجرتنا. قد لا يبدو هذا كثيرًا ، لكن دقة القياسات مهمة جدًا أيضًا ، خاصة عندما يتعلق الأمر بقياس المادة المظلمة.
بعض من ما يقرب من مليار نجم قياسها Gaia موجودة في العناقيد الكروية القريبة من درب التبانة. العناقيد الكروية هي مجموعات كروية من النجوم ، وهناك حوالي 150 منها تدور حول درب التبانة. الأهم من ذلك ، أنه كلما كانت المجرة أكثر ضخامة ، كلما كانت المدارات الكروية أسرع. وقد أعطانا Gaia قياسات أكثر دقة لسرعتها أكثر من أي وقت مضى.
“كلما كانت المجرة أكثر ضخامة ، كلما كانت مجموعاتها أسرع في التحرك تحت قوة جاذبيتها.“
ن. وين إيفانز ، جامعة كامبريدج ، المملكة المتحدة.
“كلما كانت المجرة أكثر ضخامة ، كلما كانت مجموعاتها أسرع في التحرك تحت قوة جاذبيتها"يشرح N. Wyn Evans (جامعة كامبريدج ، المملكة المتحدة). "لقد وجدت معظم القياسات السابقة السرعة التي تقترب بها الكتلة أو تنحسر من الأرض ، وهي السرعة على طول خط الرؤية. ومع ذلك ، تمكنا أيضًا من قياس الحركة الجانبية للكتل ، والتي يمكن من خلالها حساب السرعة الإجمالية ، وبالتالي الكتلة المجرية.“
هابل يساعد
كلما ابتعدت الكتلة الكروية ، كلما أخبرونا أكثر عن كتلة درب التبانة. على الرغم من أن Gaia قدم قياسات السرعة الدقيقة للغاية للمجموعات ، إلا أن تلسكوب هابل الفضائي الموقر هو الذي قام بقياس العناقيد البعيدة على مسافة 130.000 سنة ضوئية من الأرض ، مما أضاف قدرًا كبيرًا من الدقة إلى قياس الكتلة الجديد لدرب التبانة.
“تمتد التكتلات العالمية إلى مسافة بعيدة ، لذلك تعتبر أفضل متتبعين يستخدمه علماء الفلك لقياس كتلة مجرتناقال توني سون (معهد علوم تلسكوب الفضاء ، الولايات المتحدة الأمريكية) ، الذي قاد قياسات هابل.
“لقد كنا محظوظين بوجود هذا المزيج الرائع من البيانات ،"شرح Roeland P. van der Marel (معهد علوم تلسكوب الفضاء ، الولايات المتحدة الأمريكية). "من خلال دمج قياسات Gaia لـ 34 عنقودًا كرويًا مع قياسات 12 عنقودًا أبعد من هابل ، يمكننا تحديد كتلة درب التبانة بطريقة مستحيلة بدون هذين التلسكوبين الفضائيين.“
لماذا يهم
فماذا الآن؟
كتلة درب التبانة هي أكثر من مجرد فضول ، إنها جزء جوهري وهام من أسئلة أكبر بكثير. يرتبط محتوى المادة المظلمة للمجرة بتكوين ونمو الهياكل في الكون.
يساعدنا هذا القياس الأكثر دقة لكتلة درب التبانة على فهم مجرتنا الداخلية ومكانها في الكون.
ليس سيئا.
مصادر:
- ورقة بحثية: دليل على درب التبانة متوسط الكتلة من Gaia DR2 Halo Globular Cluster Motions
- بيان صحفي: هابل وغايا يثقلان درب التبانة بدقة
