Чтобы стать миллиардером, нужна прежде всего удача, значительная доза знаний, огромная работоспособность, но самое главное – вы должны иметь менталитет миллиардера. Менталитет миллиардера – это такое состояние ума, при котором вы сосредотачиваете все свои знания, все свои умения, все свои навыки на достижении поставленной цели.  Пол Гетти

Як зважити галактику?

Астрономам доводиться проявляти винахідливість, розмірковуючи про те, скільки у Всесвіті матерії. Окрему галактику можна поставити на промислові ваги (навіть якби була така можливість, як вважав Ісаак Ньютон, для обчислення її маси довелося б враховувати вплив земного тяжіння). Є класичний спосіб визначити кількість матерії в такому об'єкті як супутник планети, планета або зірка. Треба виміряти її гравітаційна взаємодія з іншими об'єктами. У цих ранніх розрахунках з'єднували ньютоновский закон всесвітнього тяжіння і закони руху планет Йоганна Кеплера. Мова йде про співвідношення орбітальної швидкості планети і відстані до цього іншого об'єкта.

Коли астрономи почали застосовувати ці розрахунки до галактик, вимірюючи орбітальну швидкість їх зірок, результати у них виявилися дивні. Зовні здається, що велика частина маси галактики знаходиться ближче до центру, а тому зосереджені в центрі зірки повинні обертатися по орбіті швидше тих, що розташовані по краях. (Для порівняння можна використовувати наші планети. У Меркурія найвища орбітальна швидкість - 172 332 кілометри на годину, а у Нептуна найнижча - 19 548 кілометрів на годину. Але це через те, що 99,9 відсотка маси нашої Сонячної системи зосереджена в Сонце).

У 1970-х роках астроном Віра Рубін (Vera Rubin) і її колега Кент Форд (Kent Ford) вели спостереження за галактикою Андромеди - найближчої до нас великої галактикою. Вони зробили висновок, що наведене вище припущення не відповідає реальному стану речей. Зірки по краях цієї галактики переміщалися майже з такою ж швидкістю, що і в центрі. Зовнішні зірки оберталися по орбіті настільки швидко, що їх рух повинен був по ідеї розірвати галактику на частини. Рубін на підставі своїх спостережень зробила припущення про те, що там є маса, яку ми не бачимо (темна матерія), і що вона розподілена по краях, чим і пояснюється такий рух зірок. Невидима матерія створювала певні труднощі для вимірювання маси галактик.

Невидима матерія створювала певні труднощі для вимірювання маси галактик

Зараз астрономам необхідно доопрацювати свої методи, щоб вирішити проблему з темною матерією, яка, як відомо, існує в галактиках. Роблячи минулої весни презентацію на конференції Американського астрономічного товариства, аспірант університету Арізони Екта Пейтел (Ekta Patel) представила методику, яка може істотно підвищити точність розрахунків маси. Мета її команди полягала в тому, щоб вирішити проблеми з обчисленням маси темної матерії, а також виконати унікальну задачу - виміряти масу Чумацького Шляху. На відміну від вимірювання, скажімо, галактики Андромеди, яку ми бачимо майже цілком і дуже детально через потужні телескопи, в вимірі нашої власної Галактики ми практично безсилі, перебуваючи на одному з її спіральних рукавів. «Уявіть собі, як можна провести перепис населення США без інтернету, і не покидаючи своє власне місто», - каже Пейтел. Або як це - розглянути родимку на спині, не маючи дзеркала. Ми просто не розглянемо її як слід.

Замість того, щоб розмічати зірки Чумацького Шляху на різних відстанях (ці дані важко зібрати, заглядаючи за галактичне ядро), Пейтел з колегами вивчає обертальний момент галактик-супутників Чумацького Шляху, які пов'язані з нашою силою гравітації (таких маленьких і відомих нам на сьогодні галактик близько 50). Пейтел називає їх «трасуючими об'єктами», тому що в своєму русі вони слідують за розподілом маси в своїй материнській галактиці. Але їх рух по небу дивно повільне. «Ці переміщення настільки малі, що це подібно виміру росту волосся у людини з відстані як до Місяця», - каже Пейтел. Здійснювати такі вимірювання сьогодні можна тільки завдяки космічним телескопам, тому що роздільна здатність наземних вимірювальних приладів для такої роботи є недостатньою. А космічні телескопи знаходяться на орбіті досить довго, щоб побачити переміщення таких трасуючих об'єктів на піддається вимірюванню відстань.

Космічний телескоп «Хаббл» є на сьогодні найкращою обсерваторією для збору таких даних. Вчені, такі як Пейтел, користуються результатами роботи профільного колективу, що працює в Інституті космічної телескопії в Балтіморі, штат Меріленд. Цей інститут займається експлуатацією «Хаббла», і його співробітники вимірюють навіть неймовірно малі переміщення галактик-супутників на небі.

Спочатку колектив Пейтел вивчав переміщення дев'яти трасуючих об'єктів, щоб розрахувати масу Чумацького Шляху, але зараз вчені мають намір удосконалити свої розрахунки, включивши в них дані спостережень європейського телескопа «Гайя». Цей телескоп працює трохи більше чотирьох років, і нещодавно був опублікований другий його набір даних. Цього достатньо, щоб почати вимірювання переміщень, і тепер Пейтел може збільшити кількість досліджуваних трасуючих об'єктів Чумацького Шляху приблизно до 30. «До кінця польоту« Гайя », а це ще чотири або п'ять років і кілька додаткових наборів даних, що збираються їм дані будуть такими ж точними, як у «Хаббла» », - каже Пейтел. Космічний телескоп «Джеймс Уебб» також внесе істотний внесок в ці спостереження, коли на початку 2020-х років почне свою роботу в космосі.

Команда Пейтел потім використовує космологічні моделі формування схожих на Чумацький Шлях материнських галактик і їх галактик-супутників. Ці моделі дають статистичну інформацію про те, яким буде еволюційний шлях спостережуваних ними галактик. Використовуючи цю нову методику, Пейтел з колегами звузила попередні оцінки маси Чумацького Шляху зі значення 700 мільярдів - два трильйони сонячних мас до 0,96 трильйона сонячних мас.

В силу того, що розкид значень по масі перш був дуже великий, на основі розрахунків по масі було неможливо дати точні відповіді. Скільки темної матерії у Чумацького Шляху? Історія розвитку галактика, як формувався її нинішній вигляд? «Незнання значення маси заважало нам провести додаткові зв'язки між різними фізичними питаннями про те, як еволюціонують галактики типу нашого Чумацького Шляху», - каже Пейтел. Справа в тому, що у будь-якого завдання є різні рішення. Вона також визнає, що в її виведення є певна похибка. Тому вчені продовжать уточнювати значення маси, спостерігаючи за трасуючими об'єктами.

Оригінал публікації: How to Weigh a Galaxy

джерело

Скільки темної матерії у Чумацького Шляху?
Історія розвитку галактика, як формувався її нинішній вигляд?
 

Календарь

Реклама

Цитата дня

Я никогда ничего не покупаю, если не могу на одной бумаге описать мои объяснения и причины. Я могу ошибаться, но я буду знать ответ этому. «Я плачу 32 миллиарда долларов за компанию Coca-Cola, потому что…» И если вы не можете ответить на этот вопрос, вам не стоит покупать эти акции. Но если вы ответите на этот вопрос и сделаете это несколько раз, вы заработаете много денег.   Уоррен Баффетт