لنكون واضحين ، تحديد كتلة مجرة درب التبانة ليست مهمة بسيطة. من ناحية ، تكون الملاحظات صعبة لأن النظام الشمسي يقع بعمق داخل قرص المجرة نفسها. ولكن في الوقت نفسه ، هناك أيضًا كتلة هالة المادة المظلمة في مجرتنا ، والتي يصعب قياسها لأنها ليست "مضيئة" ، وبالتالي غير مرئية للطرق التقليدية للكشف.
تعتمد التقديرات الحالية للكتلة الإجمالية للمجرة على حركات مجاري الغاز والكتل الكروية التي تتأثر بكتلة الجاذبية للمجرة. ولكن حتى الآن ، أنتجت هذه القياسات تقديرات كتلة تتراوح من واحد إلى عدة تريليونات كتلة شمسية. كما أوضح البروفيسور لوب لمجلة الفضاء عبر البريد الإلكتروني ، فإن قياس كتلة درب التبانة بدقة أمر ذو أهمية كبيرة لعلماء الفلك:
"توفر درب التبانة مختبرًا لاختبار النموذج الكوني القياسي. يتنبأ هذا النموذج بأن عدد المجرات الساتلية لدرب التبانة يعتمد بشكل حساس على كتلتها. عند مقارنة التنبؤات بتعداد مجرات الأقمار الصناعية المعروفة ، من الضروري معرفة كتلة درب التبانة. علاوة على ذلك ، تعمل الكتلة الكلية على معايرة كمية المادة غير المرئية (المظلمة) وتعيين عمق إمكانات الجاذبية بشكل جيد وتشير إلى مدى السرعة التي يجب أن تتحرك بها النجوم لتهرب إلى الفضاء بين المجرات.
من أجل دراستهم ، اختار البروفيسور لوب والدكتور فراجيوني اتباع نهج جديد ، يتضمن نمذجة حركات HVSs لتحديد كتلة مجرتنا. تم اكتشاف أكثر من 20 HVSs داخل مجرتنا حتى الآن ، والتي تسير بسرعات تصل إلى 700 كم / ثانية (435 ميل / ثانية) وتقع على مسافة حوالي 100 إلى 50000 سنة ضوئية من مركز المجرة.
يُعتقد أن هذه النجوم تم طردها من مركز مجرتنا بفضل تفاعلات النجوم الثنائية مع الثقب الأسود الهائل (SMBH) في مركز مجرتنا - المعروف أيضًا باسم. القوس أ *. في حين أن سببها الدقيق لا يزال موضوع نقاش ، يمكن حساب مدارات HVSs حيث يتم تحديدها بالكامل من خلال مجال الجاذبية للمجرة.
كما شرحوا في دراستهم ، استخدم الباحثون عدم التماثل في توزيع السرعة الشعاعية للنجوم في الهالة المجرية لتحديد إمكانات الجاذبية للمجرة. تعتمد سرعة هذه النجوم الهالة على سرعة الهروب المحتملة من HVSs ، شريطة أن يكون الوقت الذي تستغرقه HVSs لإكمال مدار واحد أقصر من عمر نجوم الهالة.
من هذا ، تمكنوا من التمييز بين النماذج المختلفة لدرب التبانة وقوة الجاذبية التي تمارسها. من خلال اعتماد وقت السفر الاسمي لهذه HVSs المرصودة - التي حسبوها إلى حوالي 330 مليون سنة ، تقريبًا نفس متوسط عمر النجوم الهالة - تمكنوا من اشتقاق تقديرات الجاذبية لمجرة درب التبانة التي سمحت بتقديرات على كتلتها الإجمالية .
قال لوب: "بمعايرة السرعة الدنيا للنجوم غير المقيدة ، نجد أن كتلة درب التبانة تقع في حدود 1.2-1.9 تريليون كتلة شمسية". على الرغم من أنها لا تزال تخضع لنطاق ، إلا أن هذا التقدير الأخير يعد تحسنًا كبيرًا مقارنة بالتقديرات السابقة. والأكثر من ذلك ، أن هذه التقديرات متسقة مع نماذجنا الكونية الحالية التي تحاول حساب جميع المواد المرئية في الكون ، بالإضافة إلى المادة المظلمة والطاقة المظلمة - نموذج Lambda-CDM.
قال ليوب: "إن كتلة درب التبانة المستنبطة هي في النطاق المتوقع في النموذج الكوني القياسي ، حيث تكون كمية المادة المظلمة أكبر بحوالي خمس مرات من المادة العادية (المضيئة)".
بناءً على هذا الانهيار ، يمكن القول أن المواد الطبيعية في مجرتنا - أي النجوم والكواكب والغبار والغاز - تشكل ما بين 240 و 380 مليار كتلة شمسية. لذلك ، لا توفر هذه الدراسة الأخيرة قيود كتلة أكثر دقة لمجرتنا فحسب ، بل يمكن أن تساعدنا أيضًا في تحديد عدد أنظمة النجوم الموجودة بالضبط - تشير التقديرات الحالية إلى أن مجرة درب التبانة لديها ما بين 200 إلى 400 مليار نجم و 100 مليار كوكب .
أبعد من ذلك ، هذه الدراسة مهمة أيضًا لدراسة التكوين والتطور الكوني. من خلال وضع تقديرات أكثر دقة لكتلة مجرتنا ، تلك التي تتوافق مع الانهيار الحالي للمادة الطبيعية والمادة المظلمة ، سيتمكن علماء الكونيات من بناء حسابات أكثر دقة لكيفية كوننا. خطوة واحدة لفهم الكون على أكبر المقاييس!
