Kolik váží Mléčná dráha?

Po staletí astronomové hleděli za hranice Sluneční soustavy, aby se dozvěděli více o stavbě a struktuře naší Galaxie (Mléčné dráhy). Zatím je stále ještě mnoho věcí, které se vymykají našemu chápání, jako je například její přesná hmotnost. Určení celkové hmotnosti je velmi důležité k pochopení vzniku našeho hvězdného ostrova, ale i vývoje celého vesmíru. Proto astronomové využívají nejrůznější způsoby ke změření skutečné hmotnosti Galaxie, jednoho z bezpočtu hvězdných ostrovů.

Doposud žádná z použitých metod nebyla výrazně úspěšná. Avšak nová studie, kterou vypracoval tým vědců z Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, navrhla nový a zajímavý způsob určení celkové hmotnosti Mléčné dráhy. Metoda využívá mimořádně rychlé (hyper-rychlé) hvězdy (hypervelocity stars – HVSs), které byly vyvrženy z centra naší Galaxie, jako referenční body, o kterých tvrdí, že je můžeme použít k vymezení hmotnosti našeho hvězdného uskupení.

Je zřejmé, že určení hmotnosti naší Galaxie není vůbec jednoduchý úkol. Pozorování jsou obtížná, protože Sluneční soustava leží hluboko v samotném galaktickém disku. A zároveň zde máme působení temné hmoty, která je soustředěna v halo, které disk obklopuje. Její změření je obtížné, protože „nesvítí“ a tudíž není pozorovatelná obvyklými přístroji a pozorovacími metodami.

Současné odhady celkové hmotnosti naší Galaxie jsou založeny na pohybu proudů plynu a kulových hvězdokup, které jsou ovlivňovány gravitačním působení celé naší Galaxie. Avšak doposud tato měření vedla k odhadům hmotnosti, které leží v rozpětí jednoho až několika biliónů hmotností Slunce. Jak vysvětluje profesor Abraham Loeb (Institute for Theory and Computation at Harvard University), velmi přesné změření hmotnosti naší Galaxie je pro astronomy velmi významným problémem:

„Mléčná dráha poskytuje vesmírnou laboratoř pro testování standardního kosmologického modelu. Tento model předpovídá, že množství satelitních galaxií Mléčné dráhy závisí velmi citlivě na její hmotnosti. Porovnání předpovědi s počtem známých satelitních galaxií je nezbytným krokem k tomu, abychom určili hmotnost naší Galaxie. Kromě toho celková hmotnost rovněž vede k přesnému určení množství neviditelné (temné neboli skryté) hmoty a stejně tak i rozložení intenzity gravitačního potenciálu a naznačuje, jak rychle se mohou hvězdy pohybovat, když jsou vyvrženy do mezigalaktického prostoru.“

Kvůli této studii si Abraham Loeb a Giacomo Fragione vybrali neobvyklý přístup, který zahrnoval modelování pohybu hyper-rychlých hvězd (HVSs) za účelem určení hmotnosti naší Galaxie. V naší Galaxii již bylo objeveno více než 20 těchto hyper-rychlých hvězd, které se pohybují rychlostí překračující 700 km/s a byly lokalizovány ve vzdálenostech mezi 100 až 50 000 světelných roků od galaktického středu. Tyto hvězdy zřejmě byly vyvrženy z centra Galaxie v důsledku interakce binárních soustav se supermasivní černou dírou, která se nachází právě v jejím středu.

Byli tak schopni rozlišit mezi různými modely stavby Mléčné dráhy a jejím gravitačním působením. Na základě určení minimálního „cestovního času“ těchto pozorovaných hyper-rychlých hvězd – který byl vypočítán přibližně na 330 miliónů roků; pak byli schopni odvodit gravitační působení Mléčné dráhy, což jim umožnilo odhadnout její celkovou hmotnost.

„Na základě upřesnění minimální rychlosti vyvržených hvězd jsme dospěli k závěru, že celková hmotnost naší Galaxie leží v rozmezí 1,2 až 1,9 biliónu hmotností Slunce,“ říká Abraham Loeb. Toto poslední určení hmotnosti Mléčné dráhy významně zdokonalilo předcházející odhady. A co více, tyto odhady jsou v souladu s našimi současnými kosmologickými modely (především s tzv. modelem Lambda-CDM), které se pokoušejí brát v úvahu veškerou viditelnou hmotu ve vesmíru, stejně tak i temnou hmotu a temnou energii.

Na základě tohoto rozboru můžeme říci, že „normální“ hmota v naší Galaxii – tj. hvězdy, planety, plyn a prach – představuje zhruba 240 až 380 miliard hmotností Slunce. A tak tato poslední studie nejen že poskytuje přesné určení hmotnosti naší Galaxie, ale může nám také pomoci přesněji určit, kolik hvězd se v ní nachází. Současné odhady hovoří o množství 200 až 400 miliard hvězd a 100 miliard planet.

Zdroj: https://www.universetoday.com/137379/determining-mass-milky-way-using-hypervelocity-stars/ a http://www.sci-news.com/astronomy/gaia-hypervelocity-stars-05003.html

autor: František Martinek