Ammassi Globulari

Qual è la massa della Via Lattea?

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Una cosa strana dell'astronomia è che una delle cose più difficili da capire nell'intero Universo è la Via Lattea.

È come sapere molto del tuo quartiere, della città vicina e persino del tuo stato, ma non sapere molto della tua casa.

Ad essere onesti, è come cercare di capire la tua casa ma non poter lasciare il tuo armadio. Siamo all'interno della Via Lattea, bloccati a metà circa dal centro, e tutto ciò che impariamo su di esso lo impariamo proprio qui. La buona notizia è che noi umani siamo davvero, davvero intelligenti.



Abbiamo inventato i telescopi! E abbiamo capito come osservare la galassia in modi diversi, e abbiamo imparato che è un disco piatto con bracci a spirale, che circonda una sfera rigonfia di stelle, che circonda un nucleo con un enorme buco nero al centro. C'è anche un alone di stelle che circonda il tutto. Abbiamo persino numeri decenti su quanto è grande ogni componente e persino la massa per la maggior parte di esso.

La maggior parte... ma non Tutti . Il disco, il rigonfiamento e il nucleo sono tutti fatti di ciò che chiamiamo materia normale, atomi ed elettroni e protoni e neutroni e cose del genere. Nel corso degli anni siamo stati in grado di determinare la massa di questi componenti, soprattutto perché possiamo vederli e misurarli.

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Ma quell'alone è un problema. Contiene anche materia normale, per lo più sotto forma di stelle, ma il fatto è che la maggior parte di essa è costituita da materia oscura , cose che non possiamo vedere e che possiamo solo dedurre.

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La buona notizia è che la materia oscura è ancora materia, e questo significa che lo è stata massa , e Quello significa che ha gravità. E questo significa (forse ne sto ottenendo troppi che significano in profondità qui, ma questo è l'ultimo) che possiamo determinare la sua massa da come la sua gravità influisce su altre cose al suo interno.

E c'è qualcosa all'interno dell'alone che possiamo vedere, vale a dire ammassi globulari. Combinando i dati dal telescopio spaziale Hubble con nuove misurazioni utilizzando il fenomenale osservatorio Gaia, gli astronomi hanno ora capito la massa dell'alone della Via Lattea : È 1,54 trilioni volte la massa del Sole.

Questo è molto. È una grande galassia! Ma il divertimento è dentro come hanno fatto? .

La mappa più attuale della Via Lattea è mostrata nella rappresentazione di un artista. Il Sole è direttamente sotto il centro galattico, vicino allo sperone di Orione. Le braccia Scutum-Centaurus si estendono a destra e in alto, andando dietro il centro verso il lato opposto.Ingrandire

La mappa più attuale della Via Lattea è mostrata nella rappresentazione di un artista. Il Sole è direttamente sotto il centro galattico, vicino allo sperone di Orione. Le braccia Scutum-Centaurus si estendono a destra e in alto, andando dietro il centro verso il lato opposto. Il maser osservato è quasi direttamente opposto al Sole dal centro nel braccio S-C, a 65.000 anni luce di distanza. Credito: NASA/JPL-Caltech/R. Ferita (SSC/Caltech)

Un esempio: nel nostro sistema solare, la massa più grande è il Sole. Se misuri la velocità con cui un pianeta orbita attorno al Sole, combinata con la sua distanza, puoi determinare la massa del Sole (perché la velocità orbitale del pianeta è determinata dalla gravità del Sole, che dipende dalla sua massa).

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È più complicato per la galassia, dove la massa è più diffusa, ma il principio è lo stesso. Isaac Newton ha mostrato che la gravità che senti da un oggetto è la massa totale tra tu e lui. Non importa se il Sole è un minuscolo punto o riempie l'orbita del pianeta, la gravità percepita dal pianeta è la stessa. Conta solo la massa interna all'orbita del pianeta.

Così va per la Via Lattea. Se vuoi ottenere la massa della Via Lattea, devi individuare un oggetto orbitante molto distante, quindi misurare la sua velocità attorno alla galassia per calcolare tutta la massa galattica all'interno della sua orbita. Questo è piuttosto difficile, perché un oggetto a decine di migliaia di anni luce di distanza può urlare nello spazio, ma è così lontano che il movimento apparente è piccolo.

Ma: abbiamo ottimi telescopi. E quel movimento a volte può essere misurato.

Lo spettacolare ammasso globulare NGC 1466. Crediti: ESA/Hubble & NASAIngrandire

Lo spettacolare ammasso globulare NGC 1466. Credito: ESA/Hubble e NASA

accedere ammassi globulari . Queste sono raccolte di centinaia di migliaia o milioni di stelle tenute insieme dalla loro stessa gravità e sembrano api scintillanti che girano intorno a un alveare. La Via Lattea ha almeno 157 di questi ammassi, tutti in orbita attorno al centro galattico. Molti sono vicini, e quindi non servono a molto per ottenere la massa della galassia (più è lontana, più è racchiusa dall'orbita, quindi meglio è), ma parecchi sono davvero molto lontani.

L'osservatorio Gaia dell'Agenzia spaziale europea è stato progettato per osservare oltre un miliardo di stelle nella nostra galassia e determinarne la posizione, i colori e il movimento. Non discrimina; guarda ogni stella che può, e molte di queste sono globulari. Ciò significa che abbiamo il movimento nel cielo di molti di questi ammassi. In combinazione con misurazioni accurate della loro luce per ottenere il loro spostamento Doppler , questo ci dà una velocità tridimensionale di quegli ammassi!

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Un'immagine animata che mostra il movimento dell'ammasso globulare NGC 5466 (a sinistra) visto dal telescopio spaziale Hubble in dieci anni. Il primo piano (a destra) mostra le stelle che si muovono come un gruppo con galassie di sfondo molto più distanti che appaiono stazionarie.Ingrandire

Un'immagine animata che mostra il movimento dell'ammasso globulare NGC 5466 (a sinistra) visto dal telescopio spaziale Hubble in dieci anni. Il primo piano (a destra) mostra le stelle che si muovono come un gruppo con galassie di sfondo molto più distanti che appaiono stazionarie. Credito: NASA, ESA e S.T. Sohn e J. DePasquale (STScI)

Gli astronomi che hanno svolto questo lavoro hanno utilizzato 34 ammassi di questo tipo su 75 misurati da Gaia che si adattavano a ciò di cui avevano bisogno e la loro distanza variava da 6.500 a quasi 70.000 anni luce dal centro galattico. Lo hanno fatto anche con ammassi ancora più lontani (fino a quasi 130.000 anni luce) misurati da Hubble. Ciò ha aggiunto altri 16 al loro conteggio.

Sono stati in grado di ottenere tutto ciò di cui avevano bisogno per poi calcolare la massa della galassia. Non è ancora facile, però! Ad esempio, gli ammassi interni visti da Gaia erano più numerosi, e quindi hanno ottenuto statistiche migliori con loro, ma non sono abbastanza lontani per ottenere la massa totale della galassia; l'alone galattico si estende oltre loro e non possono misurare la sua massa con loro. I cluster di Hubble hanno aiutato, ma ce n'erano di meno, quindi le statistiche erano un po' più rischiose (sebbene abbiano ottenuto diverse stime di massa totale utilizzando le due diverse popolazioni di cluster, i due numeri rientravano nell'incertezza statistica l'uno dell'altro, il che significa che sono statisticamente indistinguibili).

Una simulazione della galassia della Via Lattea circondata da ammassi globulari, utilizzando dati di posizione reali. Credito: ESA / Hubble, NASA, L. Road, M.Kormesser

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Alla fine hanno dovuto estrapolare questi ammassi, dato quello che sappiamo sulla forma e le dimensioni dell'alone, ma ancora una volta i numeri che hanno ottenuto erano coerenti. Ad essere onesti, quello che hanno ottenuto era 1,54 trilioni di volte la massa del Sole, con un'incertezza di +0,75 trilioni e -0,44 trilioni... quindi potrebbe essere qualsiasi cosa tra 0,79 e 2,29 trilioni.

Questo pone la Via Lattea tra le grandi galassie dell'Universo (che conoscevamo). Molti sono più grandi, ma la maggior parte sono molto più piccoli.

Allora perché farlo? Ha importanza quale sia la nostra massa totale?

Sì! Ad esempio, la massa della nostra galassia è importante per comprendere i satelliti che la orbitano. C'è qualche discussione sul comportamento delle due più grandi, la Grande e la Piccola Nube di Magellano. Alla fine si scontreranno? Stanno davvero orbitando intorno a noi o sono solo di passaggio? La nostra massa ha un ruolo in questo.

Illustrazione di un relitto di un treno cosmico: la collisione tra la Via Lattea e la galassia di Andromeda, tra quattro miliardi di anni. Crediti: NASA, ESA, Z. Levay e R. van der Marel (STScI), T. Hallas e A. MellingerIngrandire

Illustrazione di un relitto di un treno cosmico: la collisione tra la Via Lattea e la galassia di Andromeda, tra quattro miliardi di anni. Credito: NASA, ESA, Z. Levay e R. van der Marel (STScI), T. Hallas e A. Mellinger

Alla fine la galassia di Andromeda si scontrerà con noi ( tra circa 4,6 miliardi di anni ). Come ciò avvenga dipende molto dalla nostra massa. La determinazione della massa della Via Lattea ci parla anche della struttura della nostra galassia e persino di come gioca nella struttura su larga scala dell'Universo. E ci dice anche, semplicemente, la nostra galassia è tipica? Siamo come le altre galassie per certi versi, diversi per altri? Usiamo l'ambiente circostante come modello per capire cosa c'è oltre, che si tratti della nostra casa in un quartiere di centinaia di altri o della nostra galassia tra trilioni.

È un po' campanile, certo, ma è un buon punto di partenza. E, come abbiamo scoperto più e più volte, l'Universo ha un modo per adattare la nostra prospettiva iniziale, diminuire i nostri pregiudizi e rafforzare il nostro apprezzamento per la diversità nel cosmo.

Ho sempre sentito che, nonostante il comportamento freddo e indifferente dell'Universo in generale, questa è una lezione profonda che posso usare nella mia vita. Forse puoi farlo anche tu.



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