2013 setzte die Europäische Weltraumorganisation das lang erwartete Gaia-Weltraumobservatorium ein. Als eines von wenigen Weltraumobservatorien der nächsten Generation, die vor Ende des Jahrzehnts errichtet werden, hat diese Mission in den letzten Jahren über eine Milliarde astronomischer Objekte katalogisiert. Mit diesen Daten hoffen Astronomen und Astrophysiker, die bislang größte und präziseste 3D-Karte der Milchstraße zu erstellen.
Obwohl es fast bis zum Ende seiner Mission ist, tragen viele seiner frühesten Informationen immer noch Früchte. Mit der ersten Datenveröffentlichung der Mission gelang es beispielsweise einem Team von Astrophysikern der Universität von Toronto, die Geschwindigkeit zu berechnen, mit der die Sonne die Milchstraße umkreist. Daraus konnten sie erstmals eine genaue Entfernungsschätzung zwischen unserer Sonne und dem Zentrum der Galaxie erhalten.
Seit einiger Zeit sind sich Astronomen nicht sicher, wie weit unser Sonnensystem genau vom Zentrum unserer Galaxie entfernt ist. Vieles davon hat damit zu tun, dass es aufgrund einer Kombination von Faktoren (d. H. Perspektive, Größe unserer Galaxie und Sichtbarkeitsbarrieren) unmöglich ist, es direkt zu betrachten. Infolgedessen schwanken die offiziellen Schätzungen seit dem Jahr 2000 zwischen 7,2 und 8,8 Kiloparsec (~ 23.483 bis 28.700 Lichtjahre).
Für ihre Studie kombinierte das Team, das von Jason Hunt, einem Dunlap-Fellow am Dunlap-Institut für Astronomie und Astrophysik an der Universität von Toronto, geleitet wurde, Gaias erste Veröffentlichung mit Daten aus dem RAdial Velocity Experiment (RAVE). Diese Umfrage, die zwischen 2003 und 2013 vom Australian Astronomical Observatory (AAO) durchgeführt wurde, maß die Positionen, Entfernungen, Radialgeschwindigkeiten und Spektren von 500.000 Sternen.
Über 200.000 dieser Sterne wurden auch von Gaia beobachtet und Informationen darüber wurden in die erste Datenveröffentlichung aufgenommen. Wie sie in ihrer Studie erklären, die in der veröffentlicht wurde Journal of Astrophysical Letters Im November 2016 untersuchten sie damit die Geschwindigkeiten, mit denen diese Sterne das Zentrum der Galaxie (relativ zur Sonne) umkreisen, und stellten dabei fest, dass ihre relativen Geschwindigkeiten offensichtlich verteilt waren.
Kurz gesagt, unsere Sonne bewegt sich mit einer Geschwindigkeit von 240 km / s (86 mi / s) oder 864.000 km / h (536.865 mph) um das Zentrum der Milchstraße. Natürlich bewegten sich einige der mehr als 200.000 Kandidaten schneller oder langsamer. Für einige gab es jedoch keinen offensichtlichen Drehimpuls, den sie darauf zurückführten, dass diese Sterne auf „chaotische Umlaufbahnen vom Halo-Typ streuten, wenn sie den galaktischen Kern passieren“.
Wie Hunt in der Pressemitteilung des Dunlap Institute erklärte:
„Sterne mit einem Drehimpuls nahe Null wären in Richtung des galaktischen Zentrums gestürzt, wo sie stark von den dort vorhandenen extremen Gravitationskräften beeinflusst würden. Dies würde sie in chaotische Bahnen zerstreuen, die sie weit über die galaktische Ebene und von der Sonnenumgebung wegführen. Indem wir die Geschwindigkeit messen, mit der sich nahegelegene Sterne in Bezug auf die Sonne um unsere Galaxie drehen, können wir einen Mangel an Sternen mit einem bestimmten Negativ beobachten relative Geschwindigkeit. Und weil wir wissen, dass diese Neigung 0 km / s entspricht, sagt sie uns wiederum, wie schnell wir uns bewegen. “
Der nächste Schritt bestand darin, diese Informationen mit den richtigen Bewegungsberechnungen von Schütze A * zu kombinieren - dem supermassiven Schwarzen Loch, von dem angenommen wird, dass es sich im Zentrum unserer Galaxie befindet. Nachdem sie ihre Bewegung relativ zu Hintergrundobjekten korrigiert hatten, konnten sie die Entfernung der Erde vom Zentrum der Galaxie effektiv triangulieren. Daraus leiteten sie eine verfeinerte geschätzte Entfernung von 7,6 bis 8,2 kpc ab - was ungefähr 24.788 bis 26.745 Lichtjahren entspricht.
Diese Studie baut auf früheren Arbeiten der Co-Autoren der Studie auf - Prof. Ray Calberg, dem derzeitigen Lehrstuhl für Astronomie und Astrophysik an der Universität von Toronto. Vor Jahren führten er und Prof. Kimmo Innanen vom Institut für Physik und Astronomie der York University eine ähnliche Studie mit Radialgeschwindigkeitsmessung an 400 Sternen der Milchstraße durch.
Durch die Einbeziehung von Daten aus dem Gaia-Observatorium konnte das UofT-Team einen viel umfassenderen Datensatz erhalten und die Entfernung zum galaktischen Zentrum um einen erheblichen Betrag verringern. Und dies basierte nur auf den ersten Daten, die von der Gaia-Mission veröffentlicht wurden. Mit Blick auf die Zukunft geht Hunt davon aus, dass sein Team und andere Astronomen durch weitere Datenveröffentlichungen ihre Berechnungen noch weiter verfeinern können.
"Gaias endgültige Veröffentlichung Ende 2017 sollte es uns ermöglichen, die Genauigkeit unserer Messung der Sonnengeschwindigkeit auf ungefähr einen km / s zu erhöhen", sagte er, "was wiederum die Genauigkeit unserer Messung unserer Entfernung von der Sonne erheblich erhöhen wird." Galaktisches Zentrum. “
Da immer mehr Weltraumteleskope und Observatorien der nächsten Generation eingesetzt werden, können wir davon ausgehen, dass sie uns eine Fülle neuer Informationen über unser Universum liefern. Und davon können wir erwarten, dass Astronomen und Astrophysiker beginnen, eine Reihe ungelöster kosmologischer Fragen zu beleuchten.
