Astronomové měří hmotnost Mléčné dráhy tak, že vypočítají, jak těžké je uniknout

Pokud chcete určit svou hmotnost, je to docela snadné. Stačí si stoupnout na váhu a podívat se na číslo, které vám dává. Toto číslo vám říká gravitační přitažlivost Země na vás, takže pokud máte pocit, že je číslo příliš vysoké, utěšte se, že Země vás prostě považuje za atraktivnější než ostatní. Stejné měřítko by také mohlo být použito k měření hmotnosti Země. Položíte-li na váhu kilogram hmotnosti, hmotnost, kterou udává, je také hmotností Země v gravitačním poli kilogramu. S trochou hmotnosti určíte hmotnost Země.

Věci nejsou tak jednoduché. Země nemá tvar dokonalé koule s dokonale rozloženou hmotou, takže její gravitační síla se po celé zeměkouli mírně liší. Ale tato metoda dává přiměřenou hodnotu a můžeme ji použít k odhadu hmotností jiných objektů ve Sluneční soustavě. Jak ale můžeme určit hmotnost něčeho většího, jako je Mléčná dráha? Jednou z metod je odhadnout počet hvězd v Galaxii a jejich hmotnosti, pak odhadnout hmotnost veškerého mezihvězdného plynu a prachu a pak odhadnout množství temné hmoty… to vše se velmi komplikuje.

Lepší způsob je podívat se na to, jak se oběžná rychlost hvězd mění se vzdáleností od galaktického středu. Toto je známé jako rotační křivka a udává horní hmotnostní limit v Mléčné dráze, který se zdá být kolem 600 miliard až bilionu hmotností Slunce. Široká nejistota vám dává představu o tom, jak obtížné je změřit hmotnost naší Galaxie. Ale nová studie zveřejněná na předtiskovém serveru arXiv zavádí novou metodu, která by mohla astronomům pomoci zjistit pravý stav věci.

Metoda se zabývá únikovou rychlostí hvězd v naší Galaxii. Pokud se hvězda pohybuje dostatečně rychle, může překonat gravitační přitažlivost Mléčné dráhy a uniknout do mezigalaktického prostoru. Minimální rychlost nutná k útěku závisí na hmotnosti naší Galaxie, takže měřením jedné získáte druhou. Bohužel je známo, že jen hrstka hvězd uniká, což nestačí k tomu, abychom si dobře poradili s galaktickou hmotností. Tým se tedy podíval na statistické rozložení hvězdných rychlostí, jak je naměřila astronomická družice Gaia.

Metoda je podobná vážení Měsíce s hrstí prachu. Pokud byste stáli na Měsíci a vyhazovali prach nahoru, pomaleji se pohybující částice prachu by dosáhly nižší výšky než rychlejší částice. Pokud byste měřili rychlosti a polohy prachových částic, statistický vztah mezi rychlostí a výškou by vám řekl, jak silně Měsíc působí na částice, a tím i hmotnost Měsíce. Pro měření měsíční hmoty by bylo jednodušší přinést náš kilogram a váhu, ale metoda prachu by mohla fungovat.

V Mléčné dráze jsou hvězdy jako zrnka prachu, které víří v gravitačním poli Galaxie. Tým použil rychlosti a polohy miliardy hvězd k odhadu únikové rychlosti v různých vzdálenostech od galaktického středu. Z toho mohli vědci určit celkovou hmotnost Mléčné dráhy. Dospěli k číslu 640 miliard Sluncí.

To je na spodní hranici dřívějších odhadů, a pokud jsou přesné, znamená to, že Mléčná dráha má o něco méně temné hmoty, než jsme si mysleli.

Zdroj: https://phys.org/news/2024-02-astronomers-mass-milky-hard.html

autor: František Martinek