Wenn Sie sich von den Lichtern der Stadt entfernen, nach oben schauen, sehen Sie eines der Wunder des Nachthimmels - die hellen, wolkigen Sternenbänder, aus denen die Milchstraße besteht. Unser galaktisches Zuhause ist riesig und wunderschön, aber es bleiben viele Geheimnisse darüber.
Zum Beispiel müssen Astronomen trotz jahrzehntelanger Versuche noch genau bestimmen, wie viel unsere Galaxie wiegt. Die Schätzungen reichen von 700 Milliarden bis 2 Billionen Mal der Masse unserer Sonne.
Das Wiegen einer Galaxie, insbesondere während Sie darin leben, ist keine leichte Aufgabe. "Es ist, als würde man versuchen, eine Volkszählung der US-Bevölkerung durchzuführen, aber man kann das Internet nicht nutzen und die Stadt, in der man lebt, nicht verlassen", sagte die Astronomin Ekta Patel von der Universität von Arizona in Tucson gegenüber Live Science. Niemand kann die Milchstraße im kosmischen Maßstab halten und nur das Ergebnis vorlesen.
Ein Teil des Problems ist, dass der größte Teil der Masse einer Galaxie unsichtbar ist. Dunkle Materie, eine rätselhafte Substanz, die keinerlei Licht abgibt, macht rund 85 Prozent unserer Milchstraße aus, sagte Patel. Wenn Sie also nur die Sterne in unserer Galaxie zählen, kommen Sie nicht weit.
Daher betrachten Forscher normalerweise die Umlaufbahn eines Himmelsobjekts, sagte Patel. Die Methode basiert auf den von Isaac Newton vor mehr als 300 Jahren abgeleiteten Schwerkraftgleichungen, aus denen hervorgeht, dass die Geschwindigkeit und Entfernung, mit der sich ein kleinerer Körper um einen größeren dreht, mit der Masse des größeren Objekts zusammenhängt.
Eine Methode, die in einer 2017 im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie verwendet wurde, besteht darin, kleine Satellitengalaxien zu betrachten, die Hunderttausende von Lichtjahren entfernt sind und die Milchstraße umrunden, genau wie Planeten einen Stern umkreisen. Aber es gibt ein Problem mit diesen Satellitengalaxien. "Ihre Umlaufbahnen sind Milliarden von Jahren lang", sagte Patel, was bedeutet, dass sie sich nach einigen kurzen Jahren kaum bewegt haben und Forscher ihre Umlaufgeschwindigkeit nicht einfach bestimmen können.
In einer im Juni 2018 im Astrophysical Journal veröffentlichten Studie versuchten Patel und ihre Kollegen eine neue Methode zum Wiegen der Galaxie. Sie untersuchten Supercomputersimulationen virtueller Universen, die viele Aspekte unseres Kosmos reproduzieren können, und versuchten, Beispiele für kleine Galaxien zu finden, die größere umkreisen.
Ungefähr 90.000 dieser simulierten Satellitengalaxien wurden dann mit Daten über neun reale Galaxien verglichen, die die Milchstraße umkreisen. Das Team wählte diejenigen aus, deren Umlaufbahn-Eigenschaften am ehesten mit den realen Satellitengalaxien übereinstimmten, und untersuchte die Masse der simulierten Galaxie, um die sie sich bewegten.
Dies gab ihnen eine ziemlich gute Schätzung der wahren Masse unserer Galaxie, die das 960-Milliarden-fache der Sonnenmasse betrug. Patel sagte, dass ihr Ergebnis gut in der Mitte der meisten vorherigen liegt, obwohl es immer noch Raum für mehr Präzision gibt. Dies dürfte vom Gaia-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation stammen, der kürzlich äußerst gute Messungen der Umlaufbahn-Eigenschaften von 30 schwachen Zwerggalaxien lieferte, die die Milchstraße umkreisen. Die Verwendung dieser Daten zusammen mit den kosmologischen Simulationen zur Feinabstimmung der Gewichtsmessung ist "auf meiner To-Do-Liste", sagte Patel.
Kürzlich kombinierten das Hubble-Weltraumteleskop der NASA und der Gaia-Satellit der Europäischen Weltraumorganisation ihre Beobachtungen von Kugelsternhaufen oder Sterneninseln, die das Herz der Galaxie umkreisen, und stellten fest, dass die Milchstraße ungefähr 1,5 Billionen Sonnenmassen wiegt. Diese Zahl, die möglicherweise eine der genauesten ist, wird in Kürze in einer der nächsten Ausgaben des Astrophysical Journal veröffentlicht.
Die Masse der Galaxie zu kennen, würde Astronomen bei vielen Dingen helfen, sagte Patel. Zum einen könnten Astronomen die Umlaufbahnen von Satellitengalaxien besser berechnen, da diese von der Masse der Milchstraße abhängen. Schwerere Galaxien haben auch mehr Satelliten, die sie umkreisen, und bisher haben Teleskope etwa 50 Galaxien entdeckt, die sich um die Milchstraße bewegen. Da wir nicht genau wissen, wie viel die Galaxie wiegt, sind sich die Wissenschaftler nicht sicher, wie viele Satellitengalaxien sie voraussichtlich finden werden. Schließlich würde das wahre Gewicht der Milchstraße den Forschern helfen, zu wissen, in welchem Verhältnis ihre Masse dunkle Materie zu normaler Materie ist.
Patel hofft, dass zukünftige Studien und bessere Daten dieses schwer fassbare Unbekannte irgendwann herausfinden werden.
"Ich denke, in den nächsten 10 oder 20 Jahren werden wir eine bessere Antwort haben", sagte sie.
Anmerkung des Herausgebers: Diese Geschichte wurde ursprünglich am 4. September 2018 veröffentlicht. Sie wurde am 7. März 2019 um 13:30 Uhr aktualisiert. E.T. um eine zusätzliche Schätzung der Masse der Milchstraße aufzunehmen, die aus Beobachtungen des Hubble-Weltraumteleskops der NASA und des Gaia-Satelliten der Europäischen Weltraumorganisation stammt.
