Единственная другая крупная галактика в Местной группе больше по размеру и имеет больше звезд. Но масса? Возможно, мы все-таки самые большие.
Млечный Путь является домом для Солнца, нашей Солнечной системы и сотен миллиардов звезд за ее пределами. Тем не менее, в отличие от всех других галактик в нашей Местной группе и во Вселенной за ее пределами, у нас нет хорошего способа увидеть нашу собственную галактику с нашего положения внутри нее. В результате полный размер нашей галактики, включая ее общий размер, массу, содержание материи и количество звезд, остается для современных астрономов загадкой.
Мы долго смотрели на галактики, окружающие наш местный район в космосе, и сравнивали себя с ними. Хотя в Местной группе может быть более 60 галактик, две из них доминируют во всех мыслимых отношениях: мы и Андромеда. Мы две самые большие и массивные галактики, в которых больше звезд, чем во всех остальных вместе взятых. Но какой из них больше? Долгое время считавшееся Андромедой, мы теперь обнаруживаем, что Млечный Путь может иметь шанс стать номером один.
Вам может показаться огромной ошибкой астрономов, что мы еще не знаем, насколько велика, массивна или полна звезд наша собственная галактика, но это не должно вас удивлять. Подумайте об этом с другой точки зрения: представьте, что вы смотрите на комнату с людьми и хотите определить цвет глаз каждого из них.
Это кажется самым простым экспериментом из всех. Все, что вам нужно сделать, это подойти достаточно близко ко всем в комнате, чтобы увидеть, какого цвета их глаза, и вы бы знали. Скорее всего, вы сразу узнаете цвет глаз всех, кто находится рядом с вами, и с помощью инструмента - камеры, бинокля, телескопа и т. д. - вы сможете определить цвет глаз всех, кто находится в вашем поле зрения. В комнате будет только один человек, который доставит вам неприятности: вы сами.
У нас есть два способа определить цвет глаз изнутри нашего тела.
- Мы можем изменить нашу точку зрения за пределами нашего собственного тела. Либо спросив другого человека в комнате, либо сделав селфи, мы можем узнать, каковы результаты, и получить недостающие данные о цвете наших собственных глаз.
- Мы можем найти достаточно точное отражение и узнать, какого цвета наши глаза, по этому световому эху, которое мы наблюдаем.
Для наших собственных тел это достаточно просто. Существует много заслуживающих доверия внешних наблюдателей; технология камеры продвинута, точна и повсеместна; отражающих поверхностей, таких как зеркала, стекло или даже водоемы, предостаточно. Когда мы не изолированы и живем в мире с правильными инструментами, это наблюдение легко сделать.
Но что, если нужных инструментов нет в наличии? Что, если бы не было никого, кроме вашего собственного тела, с кем вы могли бы связаться и на чьи наблюдения вы могли бы положиться? Что, если бы не было отражений вашего собственного лица, на которые вы могли бы смотреть и видеть себя, чтобы определить цвет ваших глаз? А что, если бы не было способа сделать неизгладимое изображение себя (например, фотографию), позволяющее увидеть свое подобие?
Это сложная проблема. Быть встроенным в собственное тело означает, что нет хорошего способа сделать важные наблюдения самостоятельно без сотрудничества с внешним миром вокруг вас. Что ж, то, что мы находимся внутри Млечного Пути, означает, что даже наши лучшие виды нашей родной галактики изнутри него имеют фундаментальные ограничения. Возможно, мы сможем измерить движение и положение миллиардов звезд, но остается так много неясного.
Находясь в плоскости Млечного Пути, в 25 000 световых лет от галактического центра, это означает, что есть ряд вещей, которые мы не можем увидеть оптически.
- Большинство звезд в галактике, поскольку пыль в плоскости Млечного Пути (или других структур, таких как туманности или звезды) закрывает его.
- Вычерченные объемные формы; мы до сих пор спорим о количестве и размере спиральных рукавов, наличии или отсутствии шпор на рукавах, возрасте и протяженности центральной перемычки и т. д.
- Количество и расположение недавних сверхновых и остатков сверхновых, поскольку дальнюю сторону галактики трудно увидеть.
- И поперечные движения звезд при их движении по галактике; поскольку мы находимся в нем, измерение объемного вращательного движения в зависимости от галактического радиуса является сложной задачей.
Помогают многоволновые виды, поскольку инфракрасный свет различных длин волн более прозрачен для пыли, а также крупномасштабные обсерватории картографирования неба как с земли, так и из космоса , особенно миссия ESA Gaia - помогают мы полностью понимаем физические свойства нашей галактики.
Андромеда, с другой стороны, находится очень близко, всего лишь на расстоянии чуть более 2 миллионов световых лет. Это самая большая галактика за пределами Млечного Пути с точки зрения углового размера или количества места, которое она занимает на небе. Мы участвовали в ряде захватывающих кампаний по наблюдению за Андромедой, в первую очередь в PHAT: Panchromatic Hubble Andromeda Treasury, которая измерила и охарактеризовала звезды и пыль почти на половине нашего гигантского космического соседа.
Когда мы сравниваем эти две галактики друг с другом, сравнивая наш Млечный Путь с Андромедой, мы обнаруживаем некоторые резкие различия, которые предполагают, что Андромеда является более доминирующей из двух.
- Когда мы подсчитываем количество звезд, (инфракрасный) космический телескоп Спитцер показал, что внутри Андромеды находится около 1 триллиона звезд, по сравнению с гораздо меньшим числом с гораздо большей неопределенностью - от 200 миллиардов до 400 миллиардов - для Млечного Пути.
- С точки зрения физических размеров, диаметр диска Галактики Андромеды хорошо измерен и составляет 220 000 световых лет в поперечнике. Для сравнения, долгое время считалось, что диаметр диска Млечного Пути примерно вдвое меньше: около 100 000 световых лет.
- И с точки зрения присутствующих звезд, звезды галактики Андромеды намного старше, и скорость ее звездообразования намного ниже: всего около 20-30% от Млечного Пути.
Итак, вы, вероятно, думаете, что если вы пойдете и измерите массу этих двух галактик, вы обнаружите, что Андромеда намного больше по массе, чем Млечный Путь. Но это совсем не так.
Видите ли, лучший способ измерить галактическую массу - это использовать звезды и шаровые скопления, расположенные далеко от галактического центра или диска: в гало галактики. Делать это для такой галактики, как Андромеда, увлекательно и поучительно, поскольку учит нас тому, что массивное гало простирается примерно на миллион световых лет во всех направлениях и также содержит большое количество массы в этом гало, с точки зрения как газа, так и темного. иметь значение. Хотя существуют большие неопределенности, оценки общей массы Андромеды колеблются от примерно 800 миллиардов солнечных масс до 1,5 триллионов солнечных масс. Эти оценки настолько различаются, потому что они получены с использованием разных методов, что в настоящее время представляет собой интересную загадку.
Измеряя движения шаровых скоплений в пределах нашего Млечного Пути, мы не должны полагаться только на радиальное (вдоль нашего луча зрения) измерение, но можем получить поперечные (движение перпендикулярно нашей прямой видимости). Комбинация новых данных миссии Gaia и космического телескопа Хаббла дала нам в общей сложности 46 шаровых скоплений с расстояниями, достигающими 130 000 световых лет от Земли, и смогла более точно определить массу Млечного Пути. чем когда-либо прежде.
Результат?
Только данные Gaia указывают на массу в 1,3 триллиона солнечных масс, в то время как объединенные данные Gaia/Hubble (где Хаббл фиксирует более далекие шаровые скопления) дают массу в 1,54 триллиона солнечных масс с неопределенностью массой менее 100 миллиардов солнечных.
Другими словами, хотя звезды рассказывают другую историю, общая масса показывает, что Млечный Путь, вероятно, столь же массивен, как самые массивные оценки Андромеды. Если радионаблюдения Андромеды верны, наша галактика может быть даже почти в два раза массивнее Андромеды.
Что еще более интересно, так это то, что другое недавнее исследование, опубликованное в прошлом году с очень небольшой помпой, указывает на то, что размер диска Млечного Пути может быть намного больше, чем предполагалось ранее: около 170 000 световых лучей. лет в диаметре, а не 100 000 световых лет. Суммируя все это, похоже, что Млечный Путь может быть больше по протяженности и массивнее по своей природе, чем мы думали, в то время как Андромеда может быть более рассеянной, растянутой и менее массивной, чем мы предполагали ранее.
В течение очень долгого времени наши наблюдения за Андромедой и Млечным Путем, казалось, указывали на то, что мы уступаем Андромеде почти во всех отношениях, насколько это касается нашего местного окружения. Но на самом деле меняется то, что наши измерения улучшаются, и мы понимаем, насколько сложно точно измерить значения общей массы даже на нашем собственном заднем дворе. Мы понимаем и количественно оцениваем наши неопределенности и понимаем, насколько они значительны.
Есть звездные потоки, древние и недавние гравитационные взаимодействия, а также неизвестные начальные условия и прошлые истории для каждой рассматриваемой галактики. Когда мы измеряем эти звезды и скопления, мы измеряем только скорости, но чтобы понять общую массу, мы хотим измерить ускорения, и в этом заключается трудность. Вполне возможно, что наш Млечный Путь такой же или даже более массивный, чем Андромеда. Как всегда, чтобы найти окончательный ответ, потребуется больше научных данных.