2015.06.05. - Mennyi is a Tejútrendszer tömege?

Lassan felbomló gömbhalmazokból képződő csillagáramok segítségével az eddigiekhez képest sokkal nagyobb pontossággal sikerült meghatározni Tejútrendszerünk tömegét és a Nap benne elfoglalt pozícióját.

Az eredményt ismertető cikk meglepő, ám szemléletes hasonlattal indít: Vajon mit szólnánk ahhoz, ha háziorvosunk a vizit során elvégzett mérés után azt mondja, hogy a tömegünk valahol 50 és 200 kg között van. Hiszen ezt bármelyik páciens sokkal pontosabban megmérheti otthon. Illetve egy mégsem: a Tejútrendszer. Bár ma már olyan messze ellátunk az univerzumban, amennyire ez fizikailag lehetséges, saját galaxisunk tömegét még mindig egy négyes faktor pontossággal ismerjük csak. Most azonban a Columbia University kutatóinak vezetésével kifejlesztettek egy új módszert, amelynek segítségével a Tejútrendszer fizikai állapotát sokkal pontosabban határozhatjuk meg.

A Tejútrendszer körülbelül 100 milliárd csillagot tartalmaz, amelyek egy 100-200 ezer fényév átmérőjű lapos korongba rendeződnek. Ennek a struktúrának a Naprendszer is része, így amikor felpillantunk az égre, pontosan ebbe a gigantikus csillagkorongba nézünk. A csillagok óriási száma és a diszk egész égbolton átívelő sávja megnehezíti a Tejútrendszer alapvető paramétereinek, például a tömegének származtatását, ezért az Andreas Küpper (Columbia University) által vezetett nemzetközi kutatócsoport a korongon kívüli, a Tejútrendszer körül egy csóvaszerű szerkezetben keringő csillagokat használt a Galaxis tömegének nagy pontosságú meghatározására. A kutatók megmutatták, hogy a lassan felbomló gömbhalmazok csillagaiból álló csóvák segítségével nem csak a Tejútrendszer tömege becsülhető meg immár elfogadható pontossággal, de a Nap Tejútrendszerben elfoglalt pozíciója is meghatározható ilyen módon.

Az UGC 12158 katalógusjelű horgas spirális galaxis. A Tejútrendszert ehhez nagyon hasonlónak láthatnánk, ha kívülről, a korongjára merőleges irányból nézhetnénk rá.
[ESA/Hubble & NASA]

A gömbhalmazok néhány ezer - néhány millió csillag kompakt csoportosulásai, amelyek együtt születtek, még akkor, amikor az univerzum nagyon fiatal volt. A Tejútrendszer körül keringve évmilliárdok alatt, árulkodó nyomokat hagyva szép lassan felbomlanak. A csillagáramok kitűnnek a háttérből, mivel sűrűbbek és összefüggőbbek annál, hasonlón ahhoz, ahogyan a repülőgépek kondenzcsíkjai is elkülönülnek a normál felhőktől.

Az új eljárásban használt csillagáram a Palomar 5 jelű gömbhalmazból származik, és már 2001-ben felismerték messze a galaktikus korong felett. A csoport egyik tagja, Eduardo Balbinot (University of Surrey) újra átnézte az SDSS felmérés (Sloan Digital Sky Survey) adatait és sűrűsödéseket vett észre a Palomar 5 csillagáramában. Balbinot szerint a gócok nagyon hangsúlyosak és térben regulárisan ismétlődnek a csóva mentén. Ilyen mintázat pedig nem lehet véletlen.

A Palomar 5 gömbhalmaz (a kör alakú folt a kép közepétől jobbra lefelé) és a csillagáramai.
[SDSS]

A kutatók a nyers erő módszerével nyúltak a problémához. A Columbia University Yeti szuperszámítógépével a csóva több millió modelljét számolták ki a Tejútrendszer paraméterei tett különböző feltételezések mellett. A modellekből kapott mintázatokat aztán összehasonlították az észlelttel, ez alapján pedig statisztikai módszerekkel megállapították, hogy 60 ezer fényéves sugáron belül a Tejútrendszerben 210±40 milliárd naptömegnyi anyag van, azaz a hiba mindössze 20% körüli. A Palomar 5 gömbhalmaz tőlünk mért távolsága az új eredmények szerint 23,6±0,8 kpc, a Nap pedig 8,30±0,25 kpc távolságra van a galaktikus centrumtól. Az egyedi sűrűségmintázat azokat a modelleket is segített kizárni, amelyekben galaxisunk túlságosan nehéz vagy túlságosan könnyű volt. Anna Bonaca (Yale University) szerint az eljárás alapvető fontosságú része a robusztus statisztikai eszközök használata. Ugyanazokat a módszereket alkalmazták, amelyek már az emberi genom feltérképezésében vagy az internetes keresési találatok rangsorolásában is bizonyítottak. Jelen esetben a Tejútrendszer tömegének minden eddiginél sokkal pontosabb meghatározását eredményezték.

Kathryn Johnston (Columbia University) szerint különböző csillagáramokkal már korábban is próbálkoztak ilyen típusú mérések kivitelezésével, az eredmények azonban teljesen bizonytalanok voltak. Ennek a mérésnek sikerült megtörnie ezt a bizonytalanságot a Palomar 5 által 11 milliárd évnyi keringés alatt létrehozott csóva mintázatának segítségével. A kutatók azt remélik, hogy a jövőben a Palomar 5 csóvájához hasonló csillagáramok vizsgálatával még tovább tudják pontosítani a Tejútrendszer paramétereit, sokkal realisztikusabb modelljét előállítva ezáltal. A javított pontosság segíthet a Galaxis kialakulásának és összetételének jobb megértésében, illetve az univerzum más galaxisaival történő összehasonlításában. Az eddigi eredmények azt mutatják, hogy a Tejútrendszer egészséges páciens - méretéhez képest se nem sovány, se nem kövér...

Az eredményeket részletező szakcikk az Astrophysical Journal c. folyóiratban jelent meg.

Forrás:

• ScienceDaily 2015.06.02.