新浪科技讯 北京时间9月20日消息,据国外媒体报道,在远离城市灯光的荒野,抬头看天,你会见到夜空中最迷人的奇迹之一——构成银河系的明亮恒星带。我们的银河系家园广阔而美丽,并且充满着无数未解的谜团。
例如,尽管天文学家努力了几十年,依然无法确定银河系的总重量,其估计值在太阳质量的7000亿倍到2万亿倍之间。对星系进行称重并非易事,特别是如果你还生活在这个星系当中。亚利桑那大学的天文学家埃克塔·帕特尔(Ekta Patel)说:“这就像调查美国的人口,但你不能使用互联网,也不能离开你居住的城市。”没有人能站在宇宙尺度上称量银河系,然后读出结果。
这一问题的部分难点在于,大多数星系的质量是看不见的。据估计,暗物质——一种不会发出任何光线的神秘物质——占银河系质量的85%左右。简单地计算银河系中恒星的质量并不能完全解决问题。
因此,研究人员通常会分析某些天体的轨道。这种方法基于牛顿在300多年前推导出来的引力方程,即较小物体围绕较大物体的速度和距离与较大物体的质量有关。
2017年发表于《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)的一篇论文提出了一个方法:分析数十万光年以外围绕银河的卫星星系,就像观察围绕恒星运转的行星一样。不过,这些卫星星系也存在问题,“它们的轨道长达数十亿光年,”帕特尔说道。也就是说,在短短的几年时间里,这些星系看起来几乎没有移动,研究人员很难确定它们的轨道速度。
在今年6月发表于《天文物理期刊》的论文中,帕特尔和她的同事尝试了一种称量银河系质量的新方法。他们研究了超级计算机对虚拟宇宙的模拟结果。虚拟宇宙可以从许多方面重现我们所处的宇宙,可以帮助天文学家找到围绕较大星系运转的小型星系。
在模拟的卫星星系中,有大约9000个星系被用来与9个真实的银河系卫星星系进行数据对比。研究团队挑出了那些轨道特征最接近真实卫星星系的模拟星系,分析了它们所围绕运行的星系质量。
分析结果使研究人员对银河系真实质量有了很好的估计——太阳质量的9600亿倍。帕特尔指出,她的结果在此前的大多数估计值中刚好处于中间位置,但仍然有更高精度的改进空间。不久前,欧洲空间局的盖亚任务卫星对30个暗淡的矮星系的轨道特征进行了非常准确的测量,而这些矮星系都围绕银河系运行。帕特尔表示,她接下来想做的就是利用这些数据和宇宙模拟来对银河系的质量测量进行微调。
了解银河系的质量将帮助天文学家做很多事情。例如,天文学家可以更好地计算卫星星系的轨道,因为这取决于银河系的质量。更重的星系也具有更多的卫星星系,而截至目前,望远镜已经在银河系周围发现了大约50个卫星星系。由于不知道银河系的质量究竟有多大,科学家就不能确定到底能找到多少个卫星星系。最后,银河系的真实质量将帮助研究人员了解其质量的比例,即有多少是暗物质,有多少是常规物质。
帕特尔希望未来的研究能获得更好的数据,并最终解答这一难解的问题。“我认为在未来10年或20年内,我们会有一个更好的答案,”她说道。(任天)