Časopis Quark
https://www.quark.sk

Koľko váži Mliečna cesta?

Astronómovia použili astrometrickú družicu Gaia a Hubblov kozmický ďalekohľad na doteraz najpresnejšie meranie hmotnosti galaxie Mliečna cesta. Nové výsledky kladú jej hmotnosť na úroveň galaxie M31 v Andromede.

Príklad guľovej hviezdokopy, pomocou pohybov ktorých sa zisťovala hmotnosť našej Galaxie. Táto guľová hviezdokopa s označením NGC 4147 sa nachádza v súhvezdí Vlasy Bereniky a je od nás vzdialená 60 000 svetelných rokov, foto hubblesite.org.

Astronómovia boli už z neistej hodnoty hmotnosti našej Galaxie nervózni, podobne ako sú rodičia nervózni z hmotnosti svojho potomka. Je to pochopiteľné, pretože váha dieťaťa slúži ako indikátor mnohých dôležitých faktorov, ako je napríklad jeho zdravie a rast. Podobne je to aj s hmotnosťou galaxie.

Pohyb hviezdokôp

Laura Watkinsová (Space Telescope Science Institute, USA) spolu s kolegami použila nedávno uvoľnené dáta z astrometrickej družice Gaia vypustenej ESA, ako aj približne 10-ročné pozorovania z Hubblovho kozmického teleskopu (HST) na to, aby sledovali pohyby 46 tesne viazaných veľkých sústav hviezd. Tie sú v astronómii známe pod označením guľové hviezdokopy a ich obežné dráhy okolo jadra Galaxie môžu prispieť k určeniu jej hmotnosti. Gravitačná sila Mliečnej cesty určuje totiž pohyb týchto hviezdokôp, vysvetľuje spoluautor práce profesor Wyn Evans (University of Cambridge, Veľká Británia). Ak je naša Galaxia hmotnejšia, guľové hviezdokopy sa účinkom jej silnejšej gravitácie budú pohybovať rýchlejšie. Mnohé predchádzajúce merania merali len tzv. radiálnu rýchlosť, t. j. rýchlosť v smere lúča od Zeme či k nej. Ako uviedol W. Evans: Boli sme schopní zmerať aj tangenciálnu rýchlosť hviezdokôp, teda rýchlosť v smere kolmom na lúč smerom od Zeme. Z nej a z radiálnej rýchlosti sa potom odvodí celková priestorová rýchlosť a dá sa vypočítať hmotnosť Galaxie. Tím astronómov takto určil hmotnosť galaxie Mliečna cesta na 1,5 bilióna hmotností Slnka.

Hmotnosť ako indikátor

Kresba pomerných rozmerov disku Mliečnej cesty a jej vnútorného i vonkajšieho hala, zdroj www.spacetelescope.org

Hmotnosť našej Galaxie ovplyvňuje všetko: od nášho chápania jej vzniku až po podstatu tmavej hmoty. Počas rokov astronómovia zistili, že jej hmotnosť je niekde medzi 0,5 až 3 biliónmi hmotností Slnka. Pre taký veľký rozptyl je množstvo dôvodov. Jedným z nich je obtiažne štúdium našej Galaxie, pretože sme jej súčasťou a napríklad prach v galaktickej rovine nám znemožňuje pozorovať vzdialenejšie a slabšie hviezdy. Ďalším dôvodom je skutočnosť, že ak astronómovia sledujú dráhy objektov ako guľové hviezdokopy, meranie ich pohybu po oblohe je veľmi náročné. Pozorovania trvajú mnoho rokov, kým sa podarí zistiť ich tzv. vlastný pohyb.
A to je práve to, čo teraz urobila Laura Watkinsová a jej kolegovia pomocou programov na HST: monitorovali pohyby hviezd počas približne 10 rokov, ako aj prostredníctvom dát z druhej série misie družice Gaia, ktorá monitorovala hviezdy od roku 2014.

Problém tmavej hmoty

Najväčším problémom však je, že veľká časť hmoty, ktorú chcú astronómovia zvážiť, nie je vidieť. Je totiž skrytá v tmavej hmote, a nie vo hviezdach. Navyše halo Galaxie z tmavej hmoty sa môže rozprestierať až do vzdialenosti milión svetelných rokov od jej centra. Ak aj astronómovia skúmajú dráhu guľovej hviezdokopy okolo jadra Galaxie, umožní to zistiť len množstvo hmoty vnútri jej dráhy. Najvzdialenejšia guľová hviezdokopa v štúdii L. Watkinsovej je vzdialená od jadra 130 000 svetelných rokov. Na zistenie hmotnosti za touto hranicou musia astronómovia prijať určité predpoklady o podstate a tvare hala tmavej hmoty okolo Mliečnej cesty. Aj napriek tomu je však nové meranie také presné, že pomohlo získať lepší pohľad aj na mnohé iné veci. V budúcnosti by bolo vhodné nájsť nejaké vzdialenejšie objekty na sledovanie ich dráhy vo vonkajšom hale – až niekde okolo 300 000 svetelných rokov od stredu. Watkinsová predpokladá, že Gaia bude pokračovať v určovaní pohybov oveľa väčšieho množstva guľových hviezdokôp. Astronómovia tak budú môcť spresňovať hmotnosť Mliečnej cesty pomocou tejto, ale aj ďalších metód.

RNDr. Zdeněk Komárek, foto ESO

Tento článok si môžete prečítať v časopise Quark 08/2019.

Ak chcete mať prístup aj k exkluzívnemu obsahu pre predplatiteľov alebo si objednať tlačenú verziu časopisu Quark, prihláste sa alebo zaregistrujte.

Komentáre