Ga weg van stadslichten, kijk omhoog en je zult een van de wonderen van de nachtelijke hemel zien - de heldere, bewolkte banden van sterren die de Melkweg vormen. Ons galactische huis is enorm en mooi, maar er blijven veel mysteries over bestaan.
Ondanks tientallen jaren van pogingen, moeten astronomen bijvoorbeeld nog niet precies bepalen hoeveel ons sterrenstelsel weegt, met schattingen die variëren van ergens tussen de 700 miljard en 2 biljoen keer de massa van onze zon.
Het wegen van een sterrenstelsel, zeker terwijl je erin woont, is geen gemakkelijke taak. "Het is alsof je probeert een volkstelling te houden, maar je kunt geen internet gebruiken en je kunt de stad waar je woont niet verlaten", vertelde astronoom Ekta Patel van de Universiteit van Arizona in Tucson aan WordsSideKick.com. Niemand kan de Melkweg op kosmische schaal plakken en het resultaat gewoon voorlezen.
Een deel van het probleem is dat het grootste deel van de melkwegmassa onzichtbaar is. Donkere materie, een raadselachtige substantie die geen enkel licht afgeeft, vormt ongeveer 85 procent van onze Melkweg, zei Patel. Dus simpelweg het tellen van de sterren in ons sterrenstelsel brengt je niet ver.
Daarom kijken onderzoekers meestal naar de baan van een hemellichaam, zei Patel. De methode is gebaseerd op de zwaartekrachtsvergelijkingen die Isaac Newton meer dan 300 jaar geleden heeft afgeleid, die je vertellen dat de snelheid en afstand waarmee een kleiner lichaam om een groter lichaam draait, verband houdt met de massa van het grotere object.
Een methode, gebruikt in een studie uit 2017, gepubliceerd in The Astrophysical Journal, is om naar kleine satellietstelsels te kijken die honderdduizenden lichtjaren verwijderd zijn en die de Melkweg rondgaan net zoals planeten in een baan om een ster draaien. Maar er is een probleem met deze satellietstelsels. 'Hun banen zijn miljarden jaren lang', zei Patel, wat betekent dat ze na een paar jaar amper zullen zijn gezakt en dat onderzoekers hun baansnelheid niet gemakkelijk kunnen bepalen.
In een studie gepubliceerd in juni 2018 in The Astrophysical Journal, probeerden Patel en haar collega's een nieuwe methode om de melkweg te wegen. Ze keken naar supercomputersimulaties van virtuele universums, die vele aspecten van onze kosmos kunnen reproduceren, en probeerden voorbeelden te vinden van kleine sterrenstelsels die grotere cirkels omcirkelen.
Ongeveer 90.000 van deze gesimuleerde satellietstelsels werden vervolgens vergeleken met gegevens over negen echte sterrenstelsels die in een baan om de Melkweg draaien. Het team koos degenen uit waarvan de omloopeigenschappen het meest overeenkwamen met de echte satellietstelsels en keken naar de massa van het gesimuleerde sterrenstelsel waar ze rond gingen.
Dit gaf hen een vrij goede schatting van de ware massa van ons sterrenstelsel, die 960 miljard keer de massa van de zon klokt. Patel zei dat haar resultaat mooi in het midden van de meeste vorige ligt, hoewel er nog ruimte is voor meer precisie. Dit zou waarschijnlijk afkomstig zijn van de Gaia-satelliet van de European Space Agency, die onlangs buitengewoon goede metingen heeft verricht van de baankenmerken van 30 zwakke dwergstelsels in een baan om de Melkweg. Het gebruik van deze gegevens samen met de kosmologische simulaties om de gewichtsmeting te verfijnen staat 'op mijn to-do-lijst', zei Patel.
Onlangs combineerden NASA's Hubble-ruimtetelescoop en de Gaia-satelliet van de European Space Agency hun waarnemingen van bolvormige sterrenhopen, of eilanden van sterren die rond het hart van de melkweg draaien, en ontdekten dat de Melkweg ongeveer 1,5 biljoen zonsmassa's weegt. Dat aantal, dat misschien wel een van de meest nauwkeurige is, zal binnenkort worden gepubliceerd in een aanstaande uitgave van The Astrophysical Journal.
Het kennen van de massa van de melkweg zou astronomen met veel dingen helpen, zei Patel. Ten eerste zouden astronomen de banen van satellietstelsels beter kunnen berekenen, omdat deze afhankelijk zijn van de massa van de Melkweg. Zwaardere sterrenstelsels hebben ook meer satellieten die er omheen draaien, en tot nu toe hebben telescopen ongeveer 50 sterrenstelsels gezien die de Melkweg rondgaan. Omdat we niet precies weten hoeveel de melkweg weegt, weten wetenschappers niet precies hoeveel satellietstelsels ze zouden verwachten te vinden. Ten slotte zou het werkelijke gewicht van de Melkweg onderzoekers helpen te weten welk deel van de massa donkere materie is versus gewone materie.
Patel is hoopvol dat toekomstige studies en betere gegevens dit ongrijpbare onbekende uiteindelijk zullen opsporen.
'Ik denk dat we de komende tien of twintig jaar een beter antwoord zullen hebben', zei ze.
Noot van de redactie: dit verhaal is oorspronkelijk gepubliceerd op 4 september 2018. Het is op 7 maart 2019 om 13.30 uur bijgewerkt. E.T. om een extra schatting van de massa van de Melkweg op te nemen, afkomstig van observaties verzameld door NASA's Hubble Space Telescope en de Gaia-satelliet van de European Space Agency.
