Hành trình Khoa học, Không gian và Thời gian!
Chúng ta không thể đặt toàn bộ Dải Ngân hà, nhưng các nhà thiên văn học đã có thể đưa ra một trong những phép đo chính xác nhất về khối lượng thiên hà của chúng ta, sử dụng Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA và vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu.
Chúng ta không thể đặt toàn bộ Dải Ngân hà, nhưng các nhà thiên văn học đã có thể đưa ra một trong những phép đo chính xác nhất về khối lượng thiên hà của chúng ta, sử dụng Kính viễn vọng Không gian Hubble của NASA và vệ tinh Gaia của Cơ quan Vũ trụ Châu Âu.
Theo các phép đo mới nhất, Dải Ngân hà nặng khoảng 1,5 nghìn tỷ khối lượng mặt trời (một khối lượng mặt trời là khối lượng Mặt trời của chúng ta). Chỉ một vài phần trăm trong số này được đóng góp bởi khoảng 200 tỷ ngôi sao trong Dải Ngân hà và bao gồm một lỗ đen siêu khối lượng 4 triệu khối lượng mặt trời ở trung tâm. Hầu hết phần còn lại của khối lượng bị nhốt trong vật chất tối, một chất vô hình và bí ẩn hoạt động giống như giàn giáo trong vũ trụ và giữ các ngôi sao trong các thiên hà của chúng.
Nghiên cứu trước đó có niên đại vài thập kỷ đã sử dụng nhiều kỹ thuật quan sát cung cấp các ước tính cho khối lượng thiên hà của chúng ta, dao động từ 500 tỷ đến 3 nghìn tỷ khối lượng mặt trời. Các phép đo được cải thiện là gần giữa phạm vi này.
Roeland van der Marel thuộc Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian (STScI) cho biết: “Chúng tôi muốn biết khối lượng của Dải Ngân hà chính xác hơn để chúng tôi có thể đặt nó vào bối cảnh vũ trụ và so sánh nó với các mô phỏng của các thiên hà trong vũ trụ đang phát triển”. ở Baltimore, Maryland. “Không biết khối lượng chính xác của Dải Ngân hà là một vấn đề cho rất nhiều câu hỏi vũ trụ học.”
Ước tính khối lượng mới đặt thiên hà của chúng ta ở phía mạnh hơn so với các thiên hà khác trong vũ trụ. Các thiên hà nhẹ nhất là khoảng một tỷ khối lượng mặt trời, trong khi các thiên hà nặng nhất là 30 nghìn tỷ, hay gấp 30.000 lần. Khối lượng 1,5 nghìn tỷ khối lượng mặt trời của Dải Ngân hà là khá bình thường đối với một thiên hà có độ sáng.
Các nhà thiên văn học đã sử dụng Hubble và Gaia để đo chuyển động ba chiều của các cụm sao hình cầu – các đảo hình cầu bị cô lập, mỗi đảo chứa hàng trăm ngàn ngôi sao quay quanh trung tâm thiên hà của chúng ta.
Mặc dù chúng ta không thể nhìn thấy nó, vật chất tối là dạng vật chất chủ yếu trong vũ trụ và nó có thể được cân nhắc thông qua ảnh hưởng của nó đối với các vật thể nhìn thấy được như các cụm cầu. Một thiên hà càng lớn, các cụm sao cầu của nó di chuyển càng nhanh dưới lực hấp dẫn. Hầu hết các phép đo trước đây đều nằm dọc theo đường ngắm tới các cụm sao cầu, vì vậy các nhà thiên văn học biết tốc độ của một cụm sao cầu đang tiến đến hoặc lùi dần khỏi Trái đất. Tuy nhiên, Hubble và Gaia ghi lại chuyển động ngang của các cụm cầu, từ đó có thể tính được tốc độ đáng tin cậy hơn (và do đó gia tốc trọng trường).
Các quan sát Hubble và Gaia là bổ sung. Gaia được thiết kế độc quyền để tạo ra một bản đồ ba chiều chính xác của các vật thể thiên văn trong suốt Dải Ngân hà và theo dõi chuyển động của chúng. Nó thực hiện chính xác các phép đo trên bầu trời bao gồm nhiều cụm hình cầu. Hubble có trường quan sát nhỏ hơn, nhưng nó có thể đo các ngôi sao mờ hơn và do đó tiếp cận các cụm ở xa hơn. Nghiên cứu mới đã tăng số đo Gaia cho 34 cụm sao hình cầu lên tới 65.000 năm ánh sáng, với số đo Hubble của 12 cụm trong tổng số 130.000 năm ánh sáng thu được từ hình ảnh được chụp trong khoảng thời gian 10 năm.
Khi các phép đo Gaia và Hubble được kết hợp thành các điểm neo, giống như các chân trên bản đồ, các nhà thiên văn học có thể ước tính sự phân bố khối lượng của Dải Ngân hà cách Trái đất gần 1 triệu năm ánh sáng.
“Chúng tôi biết từ các mô phỏng vũ trụ, sự phân bố khối lượng trong các thiên hà sẽ như thế nào, vì vậy chúng tôi có thể tính toán mức độ ngoại suy này chính xác như thế nào đối với Dải Ngân hà”, Laura Watkins của Đài thiên văn Nam Âu ở Garched, Đức, tác giả chính của kết hợp nghiên cứu Hubble và Gaia, sẽ được công bố trên Tạp chí Vật lý thiên văn . Những tính toán này dựa trên các phép đo chính xác của chuyển động cụm sao cầu từ Gaia và Hubble cho phép các nhà nghiên cứu xác định khối lượng của toàn bộ Dải Ngân hà.
Những người chủ nhà sớm nhất của Dải Ngân hà, các cụm sao cầu chứa những ngôi sao lâu đời nhất được biết đến, có niên đại vài trăm triệu năm sau vụ nổ lớn, sự kiện tạo ra vũ trụ. Chúng hình thành trước khi xây dựng đĩa xoắn ốc của Dải Ngân hà, nơi Mặt trời và hệ mặt trời của chúng ta cư trú.
“Vì khoảng cách rất xa, các cụm sao hình cầu là một trong số các nhà thiên văn học theo dõi tốt nhất phải đo khối lượng của vật chất tối bao quanh thiên hà của chúng ta vượt xa đĩa sao xoắn ốc”, Tony Sohn của STScI, người đứng đầu Đo Hubble.
Nhóm các nhà thiên văn học quốc tế trong nghiên cứu này là Laura Watkins (Đài thiên văn Nam châu Âu, Garched, Đức), Roeland van der Marel (Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian và Trung tâm Khoa học Vật lý Thiên văn của Đại học Johns Hopkins, Baltimore, Maryland), Sangmo Tony Sohn (Không gian Viện Khoa học Kính viễn vọng, Baltimore, Maryland) và N. Wyn Evans (Đại học Cambridge, Cambridge, Vương quốc Anh).
Kính thiên văn vũ trụ Hubble là một dự án hợp tác quốc tế giữa NASA và ESA (Cơ quan vũ trụ châu Âu). Trung tâm bay không gian Goddard của NASA ở Greenbelt, Maryland, quản lý kính viễn vọng. Viện Khoa học Kính viễn vọng Không gian (STScI) ở Baltimore, Maryland, tiến hành các hoạt động khoa học của Hubble. STScI được vận hành cho NASA bởi Hiệp hội các trường đại học nghiên cứu về thiên văn học ở Washington, DC.
Nguồn tin tức:
Tài liệu được cung cấp bởi Trung tâm bay không gian NASA / Goddard . Lưu ý: Nội dung có thể được chỉnh sửa cho kiểu dáng và độ dài.