Voor alle duidelijkheid: het bepalen van de massa van de Melkweg is geen eenvoudige taak. Enerzijds zijn observaties moeilijk omdat het zonnestelsel diep in de schijf van de melkweg zelf ligt. Maar tegelijkertijd is er ook de massa van de donkere materie-halo van ons sterrenstelsel, die moeilijk te meten is omdat deze niet "lichtgevend" is en daarom onzichtbaar voor conventionele detectiemethoden.
Huidige schattingen van de totale massa van de melkweg zijn gebaseerd op de bewegingen van getijdenstromers van gas en bolhopen, die beide worden beïnvloed door de zwaartekracht van de melkweg. Maar tot nu toe hebben deze metingen massaschattingen opgeleverd die variëren van één tot enkele biljoen zonsmassa's. Zoals professor Loeb via e-mail aan Space Magazine uitlegde, is het nauwkeurig meten van de massa van de Melkweg van groot belang voor astronomen:
“De Melkweg biedt een laboratorium voor het testen van het standaard kosmologische model. Dit model voorspelt dat het aantal satellietstelsels van de Melkweg gevoelig afhangt van de massa. Bij het vergelijken van de voorspellingen met de telling van bekende satellietstelsels is het essentieel om de Melkwegmassa te kennen. Bovendien kalibreert de totale massa de hoeveelheid onzichtbare (donkere) materie en bepaalt de diepte van het zwaartekrachtpotentieel goed en impliceert het hoe snel sterren moeten bewegen om te ontsnappen naar de intergalactische ruimte. ”
Omwille van hun studie kozen Prof. Loeb en Dr. Fragione daarom voor een nieuwe benadering, waarbij de bewegingen van HVS's werden gemodelleerd om de massa van ons sterrenstelsel te bepalen. Er zijn tot nu toe meer dan 20 HVS's ontdekt in ons sterrenstelsel, die reizen met snelheden tot 700 km / s (435 mi / s) en zich bevinden op afstanden van ongeveer 100 tot 50.000 lichtjaar van het galactische centrum.
Men denkt dat deze sterren uit het centrum van ons sterrenstelsel zijn uitgestoten dankzij de interacties van dubbelsterren met het superzware zwarte gat (SMBH) in het centrum van ons sterrenstelsel - ook bekend als. Boogschutter A *. Hoewel hun exacte oorzaak nog steeds onderwerp van discussie is, kunnen de banen van HVS's worden berekend omdat ze volledig worden bepaald door het zwaartekrachtveld van de melkweg.
Zoals ze in hun studie uitlegden, gebruikten de onderzoekers de asymmetrie in de radiale snelheidsverdeling van sterren in de galactische halo om het zwaartekrachtpotentieel van de melkweg te bepalen. De snelheid van deze halo-sterren is afhankelijk van de potentiële ontsnappingssnelheid van HVS's, op voorwaarde dat de tijd die de HVS's nodig hebben om een enkele baan te voltooien korter is dan de levensduur van de halo-sterren.
Hieruit konden ze onderscheid maken tussen verschillende modellen voor de Melkweg en de zwaartekracht die het uitoefent. Door de nominale reistijd van deze geobserveerde HVS's aan te nemen - die ze berekenden tot ongeveer 330 miljoen jaar, ongeveer hetzelfde als de gemiddelde levensduur van halo-sterren - konden ze gravitatieschattingen voor de Melkweg afleiden die schattingen van de totale massa mogelijk maakten. .
"Door de minimumsnelheid van ongebonden sterren te kalibreren, ontdekken we dat de Melkwegmassa in het bereik van 1,2 - 1,9 biljoen zonsmassa's ligt", zei Loeb. Hoewel deze nog steeds binnen een marge valt, is deze laatste schatting een aanzienlijke verbetering ten opzichte van eerdere schattingen. Bovendien zijn deze schattingen consistent met onze huidige kosmologische modellen die proberen alle zichtbare materie in het heelal te verklaren, evenals donkere materie en donkere energie - het Lambda-CDM-model.
"De afgeleide melkwegmassa ligt binnen het bereik dat wordt verwacht binnen het standaard kosmologische model," zei Leob, "waar de hoeveelheid donkere materie ongeveer vijf keer groter is dan die van gewone (lichtgevende) materie."
Op basis van deze uitsplitsing kan worden gezegd dat normale materie in ons sterrenstelsel - dat wil zeggen sterren, planeten, stof en gas - goed is voor 240 tot 380 miljard zonsmassa's. Deze nieuwste studie biedt dus niet alleen nauwkeurigere massabeperkingen voor ons sterrenstelsel, maar kan ons ook helpen om precies te bepalen hoeveel sterrenstelsels er zijn - volgens de huidige schattingen heeft de Melkweg tussen de 200 en 400 miljard sterren en 100 miljard planeten .
Daarnaast is deze studie ook van belang voor de studie van kosmische vorming en evolutie. Door nauwkeurigere schattingen te plaatsen van de massa van ons sterrenstelsel, die consistent zijn met de huidige afbraak van normale materie en donkere materie, zullen kosmologen in staat zijn om nauwkeurigere verslagen te maken over hoe ons universum is ontstaan. Een stap verder om het universum op de grootste schaal te begrijpen!
