Quina Es La Massa De La Via Lactia
Una cosa estranya de l’astronomia és que una de les coses més difícils d’entendre de tot l’Univers és la galàxia de la Via Làctia.
És com saber molt sobre el vostre barri, la ciutat propera i fins i tot el vostre estat, però no saber molt sobre la vostra pròpia casa.
Per ser justos, és com intentar entendre casa teva però no deixar-te sortir del teu armari. Estem dins de la Via Làctia, atrapats a la meitat del centre, i tot el que aprenem al respecte ho aprenem aquí mateix. La bona notícia és que els humans som molt, molt intel·ligents.
Hem inventat telescopis! I vam descobrir com observar la galàxia de diferents maneres i vam aprendre que es tracta d’un disc pla amb braços en espiral, que envolta una gran esfera d’estrelles, que envolta un nucli amb un enorme forat negre al centre. També hi ha un halo d’estrelles que envolta tot el tema. Fins i tot tenim xifres decents sobre la mida de cada component i fins i tot la massa de la majoria.
La majoria ... però no tot . El disc, la protuberància i el nucli estan formats per allò que anomenem matèria normal, àtoms i electrons, protons i neutrons i coses així. Al llarg dels anys hem pogut determinar la massa d’aquests components, sobretot perquè els podem veure i mesurar.
Però aquest halo és un problema. També té matèria normal, principalment en forma d’estrelles, però el fet és que la majoria la formen matèria fosca , coses que no podem veure i només podem inferir.
La bona notícia és que la matèria fosca encara és matèria, i això vol dir que sí massa , i això vol dir que té gravetat. I això vol dir (potser en tinc massa, això significa profunditat, però aquest és l’últim) que podem determinar la seva massa per com afecta la seva gravetat a altres coses del seu interior.
I a l’interior de l’aureola hi ha coses que podem veure, és a dir, cúmuls globulars. Combinant dades del telescopi espacial Hubble amb noves mesures mitjançant el fenomenal observatori Gaia, ara els astrònoms han descobert la massa de l'halo de la Via Làctia : És 1,54 bilions vegades la massa del Sol.
Això és molt. És una gran galàxia! Però la diversió està dins com ho van fer .
El mapa més actual de la Via Làctia es mostra a la representació d’un artista. El Sol es troba directament a sota del centre galàctic, a prop de l’Esperó d’Orió. Els braços de Scutum-Centaurus arrasen cap a la dreta i cap amunt, anant darrere del centre cap al costat més llunyà. El maser observat és gairebé directament enfront del Sol del centre del braç S-C, a 65.000 anys llum de distància. Crèdit: NASA / JPL-Caltech / R. Hurt (SSC / Caltech)
Un exemple: al nostre sistema solar, la massa aclaparadorament més gran és el Sol. Si mesureu la velocitat amb què un planeta orbita al voltant del Sol, combinat amb la seva distància, podeu determinar la massa del Sol (perquè la velocitat orbital del planeta està determinada per la gravetat del Sol, que depèn de la seva massa).
És més complicat per a la galàxia, on la massa està més estesa, però el principi és el mateix. Isaac Newton va demostrar que la gravetat que sents d’un objecte és la massa total entre tu i ell. Tant se val si el Sol és un punt petit o omple l’òrbita del planeta, la gravetat que sent el planeta és la mateixa. Només importa l’interior massiu de l’òrbita del planeta.
Així que val per la Via Làctia. Si voleu obtenir la massa de la Via Làctia, haureu d’observar algun objecte en òrbita molt llunyà i, a continuació, mesureu la seva velocitat al voltant de la galàxia per calcular tota la massa galàctica a l’interior de la seva òrbita. Això és bastant difícil, perquè un objecte situat a desenes de milers d’anys llum de distància pot cridar per l’espai, però està tan lluny que el moviment aparent és petit.
Però: Tenim telescopis molt bons. I aquest moviment de vegades es pot mesurar.
L’espectacular cúmul globular NGC 1466. Crèdit: AQUESTA / Hubble & NASA
Entra cúmuls globulars . Es tracta de col·leccions de centenars de milers o milions d’estrelles unides per la seva pròpia gravetat i semblen abelles brillants que donen voltes a un rusc. La Via Làctia té almenys 157 d’aquests cúmuls, tots ells orbitant al centre galàctic. Molts són a prop i, per tant, no serveixen gaire per aconseguir la massa de la galàxia (com més llunyana, més està tancada per l’òrbita, per tant, millor), però hi ha molts que estan molt lluny.
L’observatori Gaia de l’Agència Espacial Europea va ser dissenyat per mirar més de mil milions d’estrelles de la nostra galàxia i determinar-ne la posició, els colors i el moviment. No discrimina; mira totes les estrelles que pot, i moltes d’elles es troben en globulars. Això significa que tenim el moviment a través del cel de molts d’aquests grups. Combinat amb mesures acurades de la seva llum per obtenir el seu desplaçament Doppler , això ens proporciona una velocitat tridimensional d'aquests clústers.
Una imatge animada que mostra el moviment del cúmul globular NGC 5466 (esquerra) vist pel telescopi espacial Hubble durant deu anys. El primer pla (dreta) mostra les estrelles que es mouen com un grup amb galàxies de fons molt més llunyanes que apareixen estacionàries. Crèdit: NASA, ESA i S.T. Sohn i J. DePasquale (STScI)
Els astrònoms que van fer aquest treball van utilitzar 34 cúmuls d’aquests 75, mesurats per Gaia, que s’adaptaven al que necessitaven, i van variar entre 6.500 i gairebé 70.000 anys llum de distància del centre galàctic. També ho van fer amb clústers encara més allunyats (fins a gairebé 130.000 anys llum) mesurats per Hubble. Això va afegir 16 més al seu compte.
Van poder aconseguir tot el necessari per després treballar la massa de la galàxia. Tot i així, encara no és fàcil! Per exemple, els cúmuls interiors vistos per Gaia eren més nombrosos i, per tant, van obtenir millors estadístiques amb ells, però no estan prou lluny per obtenir la massa total de la galàxia; l’halo galàctic s’estén més enllà d’ells i no poden mesurar-ne la massa. Els clústers del Hubble van ajudar, però n’hi havia menys, de manera que les estadístiques eren una mica més reduïdes (tot i que van obtenir estimacions de massa total diferents mitjançant les dues poblacions de clústers diferents, els dos números es trobaven dins de la incertesa estadística de l’altre, el que significa que no es pot distingir estadísticament).
Una simulació de la galàxia de la Via Làctia envoltada per ordinadors globulars, mitjançant dades de posició reals. Crèdit: ESA/Hubble, NASA, L. Calçada, M.Kormesser
Al final, van haver d'extrapolar més enllà d'aquests grups, donat el que sabem sobre la forma i la mida de l'halo, però de nou els números que van obtenir van ser consistents. Per ser justos, el que van aconseguir va ser 1,54 bilions de vegades la massa del Sol, amb una incertesa de +0,75 bilions i -0,44 bilions ... de manera que podria ser entre 0,79 i 2,29 bilions.
Això situa la Via Làctia entre les grans galàxies de l’Univers (que sabíem). Molts són més grans, però la majoria són molt més petits.
Llavors, per què fer això? Té igual quina sigui la nostra massa total?
Sí! Per exemple, la massa de la nostra galàxia és important per entendre els satèl·lits que l’orbiten. Hi ha alguns arguments sobre el comportament dels dos grans núvols de Magallanes i els grans. Acabaran xocant? Estan realment orbitant o simplement passant per aquí? La nostra missa hi juga un paper.
Il·lustració d’un naufragi de tren còsmic: col·lisió de la Via Làctia / Andròmeda, d’aquí a quatre mil milions d’anys. Crèdit: NASA, ESA, Z. Levay i R. van der Marel (STScI), T. Hallas i A. Mellinger
Finalment, la galàxia d’Andròmeda xocarà amb nosaltres ( en uns 4.600 milions d’anys ). Com això passi depèn molt de la nostra massa. La determinació massiva de la Via Làctia també ens parla de l’estructura de la nostra galàxia i, fins i tot, de com juga a l’estructura a major escala de l’Univers. I també ens diu, simplement, és típica la nostra galàxia? Som com altres galàxies d’alguna manera, diferents en d’altres? Utilitzem el nostre entorn local com a plantilla per entendre què hi ha més enllà: si es tracta de casa nostra en un barri de centenars d’altres o de la nostra galàxia entre bilions de milions.
És una mica parroquial, segur, però és un bon lloc per començar. I, tal com hem descobert una i altra vegada, l’Univers té una manera d’ajustar la nostra perspectiva inicial, disminuir els nostres prejudicis i enfortir la nostra apreciació de la diversitat al cosmos.
Sempre he sentit que, malgrat el comportament fred i indiferent de l’Univers en general, aquesta és una lliçó profunda que puc utilitzar a la meva pròpia vida. Potser tu també pots.
