我們無法把整個(gè)銀河系放到一個(gè)天平上去稱量。但是，天文學(xué)家已經(jīng)能夠利用美國(guó)宇航局的哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和歐洲航天局的蓋亞衛(wèi)星對(duì)我們銀河系的質(zhì)量進(jìn)行迄今為止最精確的測(cè)量。

　　根據(jù)最新的測(cè)量結(jié)果，銀河系的質(zhì)量約為 1.5 萬億太陽(yáng)質(zhì)量(1 太陽(yáng)質(zhì)量就是我們的太陽(yáng)的質(zhì)量)。其中只有一小部分質(zhì)量來自于銀河系中大約 2000 億顆恒星和銀河系中間一個(gè)相當(dāng)于 400 萬太陽(yáng)質(zhì)量的超大質(zhì)量黑洞。銀河系的大部分質(zhì)量存在于暗物質(zhì)中。暗物質(zhì)是一種看不見的神秘物質(zhì)，它在整個(gè)宇宙中起著框架的作用，讓所有恒星在其星系中運(yùn)行。

　　幾十年前的早期研究就使用了多種觀測(cè)技術(shù)，并估算出我們銀河系的質(zhì)量在 5000 億到 3 萬億太陽(yáng)質(zhì)量之間。改進(jìn)后的觀測(cè)技術(shù)的估算量值接近這一范圍的中間。

　　位于馬里蘭州巴爾的摩的市的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所(STScI)的羅蘭德-范-德-馬雷爾(Roeland van der Marel)說：“我們想更準(zhǔn)確地了解銀河系的質(zhì)量，這樣我們就能把它應(yīng)用到宇宙學(xué)的研究中，把它與宇宙中的模擬星系進(jìn)行比較。不知道銀河系的確切質(zhì)量會(huì)影響人們對(duì)許多宇宙學(xué)問題的研究。”

　　與宇宙中的其他星系相比，新的估算質(zhì)量讓我們的銀河系站到了壯漢的一邊。最輕的星系大約為 10 億太陽(yáng)質(zhì)量，而最重的星系有 30 萬億個(gè)太陽(yáng)質(zhì)量，是最輕星系質(zhì)量的 3 萬倍。對(duì)于像銀河系這樣亮度的星系來說，它的 1.5 萬億太陽(yáng)質(zhì)量是非常正常的。

　　天文學(xué)家利用哈勃和蓋亞測(cè)量了球狀星團(tuán)的立體運(yùn)動(dòng)——這些星團(tuán)就像孤立的球形島嶼，每個(gè)星團(tuán)都包含有數(shù)十萬顆圍繞著我們銀河系中心運(yùn)行的恒星。

　　雖然我們看不到它，但暗物質(zhì)是宇宙中占主導(dǎo)地位的物質(zhì)形式。我們可以通過其對(duì)球狀星團(tuán)等可見天體的影響來衡量暗物質(zhì)。一個(gè)星系的質(zhì)量越大，它的球狀星團(tuán)在引力作用下移動(dòng)的速度就越快。以前的大多數(shù)測(cè)量都是從地球看球狀星團(tuán)的視角來進(jìn)行的，所以天文學(xué)家知道球狀星團(tuán)靠近或遠(yuǎn)離地球的速度。然而，哈勃和蓋亞卻記錄了球狀星團(tuán)的橫向運(yùn)動(dòng)，由此可以計(jì)算出更可靠的速度。

　　哈勃和蓋亞的觀測(cè)結(jié)果是互補(bǔ)的。蓋亞專門用來繪制整個(gè)銀河系中各種天體的精確 3D 地圖，并跟蹤它們的運(yùn)動(dòng)。它進(jìn)行了嚴(yán)格的全天空測(cè)量，包括測(cè)量了許多球狀星團(tuán)。哈勃望遠(yuǎn)鏡的視野較小，但它可以測(cè)量更暗的恒星，因此可以觀察到更遠(yuǎn)的星團(tuán)。

　　這項(xiàng)新的研究將蓋亞對(duì) 34 個(gè)球狀星團(tuán)的測(cè)量范圍擴(kuò)大到了 6.5 萬光年，而哈勃望遠(yuǎn)鏡對(duì) 12 個(gè)星團(tuán)的測(cè)量范圍擴(kuò)大到了 13 萬光年。

　　綜合利用蓋亞和哈勃的測(cè)量結(jié)果，天文學(xué)家就可以推測(cè)銀河系的質(zhì)量大致分布在距離地球近 100 萬光年的范圍內(nèi)。

　　“我們從宇宙學(xué)模擬實(shí)驗(yàn)中知道了星系中的質(zhì)量分布應(yīng)該是什么樣子的，因此我們可以據(jù)此衡量我們推測(cè)的銀河系質(zhì)量分布情況是否準(zhǔn)確。”位于德國(guó)加奇的歐洲南方天文臺(tái)的勞拉-沃特金斯(Laura Watkins)說。她是哈勃和蓋亞聯(lián)合研究報(bào)告的主要作者，該研究報(bào)告將發(fā)表在《天體物理學(xué)雜志》(The Astrophysical Journal)上。研究人員根據(jù)蓋亞和哈勃對(duì)球狀星團(tuán)運(yùn)動(dòng)的精確測(cè)量結(jié)果進(jìn)行計(jì)算，從而能夠確定整個(gè)銀河系的質(zhì)量。

　　球狀星團(tuán)是銀河系最早的穩(wěn)定星群，包含已知的最古老的恒星。這些古老的恒星可以追溯到大爆炸后的幾億年。在銀河系的巨大螺旋形圓盤形成之前，這些古老的恒星就已形成。我們的太陽(yáng)和太陽(yáng)系就在銀河系的螺旋形圓盤中。

　　STScI 的托尼-索恩(Tony Sohn)說：“由于距離很遠(yuǎn)，球狀星團(tuán)是天文學(xué)家跟蹤測(cè)量銀河系周圍、遠(yuǎn)在螺旋形圓盤之外的暗物質(zhì)質(zhì)量的最好研究對(duì)象。”

　　參與這項(xiàng)研究的國(guó)際天文學(xué)家包括勞拉-沃特金斯(來自位于德國(guó)加奇的歐洲南方天文臺(tái))、羅蘭德-范-德-馬雷爾(來自位于馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所)、托尼-索恩(來自位于馬里蘭州巴爾的摩的太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所)和溫-埃文斯 (N. Wyn Evans) (來自英國(guó)劍橋大學(xué))。

　　哈勃太空望遠(yuǎn)鏡是美國(guó)宇航局和歐洲航天局之間的一個(gè)國(guó)際合作項(xiàng)目。位于馬里蘭州格林貝爾特的美國(guó)宇航局戈達(dá)德太空飛行中心管理著這架望遠(yuǎn)鏡。位于馬里蘭州巴爾的摩的空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所負(fù)責(zé)用哈勃望遠(yuǎn)鏡進(jìn)行科學(xué)研究工作。空間望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所由美國(guó)航天局委托位于華盛頓特區(qū)的天文學(xué)研究大學(xué)協(xié)會(huì)來負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。
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