ابتعد عن أضواء المدينة ، وانظر للأعلى ، وسترى أحد عجائب سماء الليل - العصابات الغائمة الساطعة للنجوم التي تشكل مجرة درب التبانة. بيتنا المجري واسع وجميل ، لكن لا يزال هناك الكثير من الألغاز حوله.
على سبيل المثال ، على الرغم من عقود من المحاولات ، لم يحدد الفلكيون بالضبط كم تزن مجرتنا ، مع تقديرات تتراوح في أي مكان بين 700 مليار و 2 تريليون ضعف كتلة شمسنا.
إن وزن مجرة ، خاصة أثناء العيش فيها ، ليس مهمة سهلة. وقالت عالمة الفلك إيكتا باتل من جامعة أريزونا في توكسون لـ Live Science: "الأمر أشبه بمحاولة إجراء إحصاء لسكان الولايات المتحدة ، ولكن لا يمكنك استخدام الإنترنت ولا يمكنك مغادرة المدينة التي تعيش فيها". لا أحد يستطيع التمسك درب التبانة على نطاق كوني وقراءة النتيجة.
جزء من المشكلة هو أن معظم كتلة المجرة غير مرئية. قال باتل إن المادة المظلمة ، وهي مادة غامضة لا تبعث أي ضوء من أي نوع ، تشكل حوالي 85 في المائة من مجرتنا درب التبانة. لذا فإن عد النجوم في مجرتنا ببساطة لن يجعلك بعيدًا جدًا.
وقال باتيل لذلك يبحث الباحثون عادة في مدار بعض الأجرام السماوية. تعتمد الطريقة على معادلات الجاذبية التي اشتقها إسحاق نيوتن قبل أكثر من 300 عام ، والتي تخبرك أن السرعة والمسافة التي يدور فيها جسم أصغر حول جسم أكبر ترتبط بكتلة الجسم الأكبر.
إحدى الطرق ، المستخدمة في دراسة عام 2017 المنشورة في مجلة Astrophysical Journal ، هي النظر إلى المجرات الساتلية الصغيرة التي تبعد مئات الآلاف من السنين الضوئية التي تدور حول درب التبانة مثلما تدور الكواكب حول نجم. ولكن هناك مشكلة مع هذه المجرات الساتلية. قال باتيل: "مداراتها تستغرق مليارات السنين" ، وهذا يعني أنه بعد بضع سنوات قصيرة ، لن تكون قد تحركت بالكاد ولا يستطيع الباحثون تحديد سرعتها المدارية بسهولة.
في دراسة نشرت في يونيو 2018 في مجلة Astrophysical Journal ، حاولت باتيل وزملاؤها طريقة جديدة لوزن المجرة. لقد بحثوا في محاكاة الحواسيب الفائقة للعوالم الافتراضية ، والتي يمكنها إعادة إنتاج العديد من جوانب الكون ، وحاولوا العثور على أمثلة للمجرات الصغيرة التي تدور حول مجرات أكبر.
ثم تمت مقارنة ما يقرب من 90،000 من هذه المجرات الساتلية المحاكية ببيانات حول تسعة مجرات حقيقية تدور حول درب التبانة. اختار الفريق تلك التي تتطابق خصائصها المدارية مع المجرات الساتلية الحقيقية بشكل وثيق ونظر إلى كتلة المجرة المحاكاة التي تدور حولها.
وقد أعطاهم ذلك تقديرًا جيدًا للكتلة الحقيقية لمجرةنا ، والتي بلغت 960 مليار مرة كتلة الشمس. قالت باتيل إن نتيجتها تقع في منتصف معظم النتائج السابقة ، على الرغم من أنه لا يزال هناك مجال لمزيد من الدقة. من المحتمل أن يأتي هذا من القمر الصناعي Gaia التابع لوكالة الفضاء الأوروبية ، والذي قدم مؤخرًا قياسات جيدة للغاية للخصائص المدارية لـ 30 مجرة قزمة خافتة تدور حول درب التبانة. وقال باتيل إن استخدام هذه البيانات جنباً إلى جنب مع المحاكاة الكونية لضبط قياس الوزن هو "على قائمتي".
في الآونة الأخيرة ، قام تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا والقمر الصناعي غايا التابع لوكالة الفضاء الأوروبية بدمج ملاحظاتهما عن مجموعات النجوم الكروية ، أو جزر النجوم التي تدور حول قلب المجرة ، ووجدت أن مجرة درب التبانة تزن 1.5 تريليون كتلة شمسية تقريبًا. هذا العدد ، الذي قد يكون واحدًا من الأكثر دقة ، سيتم نشره قريبًا في العدد القادم من مجلة الفيزياء الفلكية.
قال باتل إن معرفة كتلة المجرة ستساعد الفلكيين في أشياء كثيرة. أولاً ، سيتمكن الفلكيون من حساب مدارات مجرات الأقمار الصناعية بشكل أفضل لأن هذه تعتمد على كتلة درب التبانة. تحتوي المجرات الأثقل أيضًا على المزيد من الأقمار الصناعية التي تدور حولها ، وحتى الآن ، رصدت التلسكوبات حوالي 50 مجرة تدور حول درب التبانة. نظرًا لأننا لا نعرف بالضبط كم تزن المجرة ، فإن العلماء غير متأكدين تمامًا من عدد المجرات الساتلية التي يجب أن يتوقعوا العثور عليها. وأخيرًا ، سيساعد الوزن الحقيقي لدرب التبانة الباحثين على معرفة نسبة كتلته للمادة المظلمة مقابل المادة العادية.
يأمل باتل أن الدراسات المستقبلية والبيانات الأفضل ستحدد في النهاية هذا المجهول بعيد المنال.
وقالت "أعتقد أنه في السنوات العشر أو العشرين القادمة ، سيكون لدينا إجابة أفضل".
ملاحظة المحرر: تم نشر هذه القصة في الأصل في 4 سبتمبر 2018. وتم تحديثها في 7 مارس 2019 الساعة 1:30 مساءً. إي. لتشمل تقديرًا إضافيًا لكتلة درب التبانة ، مأخوذة من ملاحظات جمعتها تلسكوب هابل الفضائي التابع لناسا والقمر الصناعي Gaia التابع لوكالة الفضاء الأوروبية.
