Koľko váži Mliečna cesta?

Astronómovia použili astrometrickú družicu Gaia a Hubblov kozmický ďalekohľad (HST) na doteraz najpresnejšie meranie hmotnosti našej Mliečnej cesty. Nové výsledky kladú našu Galaxiu čo do hmotnosti na úroveň galaxie M 31 v Androméde, ak tá naša dokonca nie je hmotnejšia. O hmotnosti Mliečnej cesty sa dlho debatovalo, pretože sa presne nevedelo, kde sa v rebríčku hmotností nachádza medzi galaxiami našej Miestnej skupiny. Je šampiónom v ťažkej váhe, alebo ju prekonáva jej sestra v Andoméde? Laura Watkinsová (Space Telescope Science Institute, USA) spolu s kolegami použili nedávno uvoľnené dáta z astrometrickej družice Gaia vypustenej ESA ako aj približne 10 ročné pozorovania z Hubblovho kozmického teleskopu na to, aby sledovali pohyby 46 tesne viazaných veľkých sústav hviezd. Tie sú známe v astronómii pod označením "guľové hviezdokopy" a ich obežné dráhy okolo jadra Galaxie môžu prispieť k určeniu jej hmotnosti.

Gravitačná sila Mliečnej cesty určuje totiž pohyb týchto hviezdokôp, vysvetľuje spoluautor práce prof. Wyn Evans (University of Cambridge, Veľká Británia). Ak je naša Galaxia hmotnejšia, guľové hviezdokopy sa pod účinkom jej silnejšej gravitácie budú pohybovať rýchlejšie. Kľúčom k tomu je pochopiť akou presnou rýchlosťou sa tieto hviezdokopy pohybujú. Mnohé predchádzajúce merania merali len tzv. radiálnu rýchlosť, t.j. rýchlosť v smere zorného lúča, teda smerom od Zeme, či k nej. "Avšak," hovorí Evans, "my sme boli schopní zmerať aj tangenciálnu rýchlosť hviezdokôp (teda rýchlosť v smere kolmom na zorný lúč) a z nej a z radiálnej rýchlosti sa potom odvodí celková priestorová rýchlosť a následne sa dá vypočítať hmotnosť Galaxie." Tím astronómov takto určil hmotnosť Mliečnej cesty na 1,5 bilióna hmotností Slnka. Práca bude publikovaná v prestížnom astronomickou časopise Astrophysical Journal. Astronómovia boli už z neistej hodnoty hmotnosti Galaxie nervózni, podobne ako rodičia sú nervózni z váhy svojho potomka. Je to pochopiteľné, pretože váha dieťaťa slúži ako indikátor mnohých dôležitých vecí, ako je jeho zdravie, rast a pod.

V prípade hmotnosti našej Galaxie táto ovplyvňuje všetko: od nášho chápania jej vzniku až po podstatu tmavej hmoty. Ale zatiaľ čo pediater Vám bude zvyčajne hovoriť o váhe vášho dieťaťa v rozsahu percent, hmotnosť Mliečnej cesty je známa len s chybou s faktorom násobku 2 - tzn., že jej hmotnosť môže byť polovičná, ale aj dvojnásobná oproti prijímanej hodnote. Predstavte si, že na váhu položíte vaše dieťa a ručička sa vám bude kývať niekde medzi 5 až 10 - bude dieťa zdravé a dobre priberať, alebo nie? Neistota robí z takého výsledku nepoužiteľné číslo. Na galaktických váhach, samozrejme, je to trocha komplikovanejšie: Počas rokov astronómovia zistili, že hmotnosť Mliečnej cesty je niekde medzi 0,5 až 3 biliónmi hmotností Slnka. Je množstvo dôvodov, prečo je tu taký veľký rozptyl. Po prvé: štúdium našej Galaxie je ťažké, pretože sme v jej vnútri a napr. prach v galaktickej rovine nám znemožňuje pozorovať vzdialenejšie a slabšie hviezdy. Po druhé: ak astronómovia sledujú dráhy nejakých objektov, takých ako napríklad guľové hviezdokopy, meranie ich pohybu po oblohe je veľmi náročné. Zaberie mnoho rokov pozorovaní, kým sa podarí zistiť ich tzv. "vlastný pohyb". A to je práve to, čo teraz urobila Laura Watkinsová a jej kolegovia s pomocou programov na Hubblovom teleskope, ktoré monitorovali pohyby hviezd počas zhruba 10 rokov, ako aj s pomocou dát z druhej série misie družice Gaia, ktorá monitorovala hviezdy od roku 2014. Najväčším problémom však je, že veľká časť hmoty, ktorú chcú astronómovia "zvážiť", nie je vidieť. Veľká časť hmoty Mliečnej cesty je totiž skrytá v tmavej hmote a nie vo hviezdach. Navyše halo Galaxie z tmavej hmoty sa môže rozprestierať až do vzdialenosti 1 milión svetelných rokov od jej centra.

Ak aj astronómovia skúmajú dráhu guľovej hviezdokopy okolo jadra Galaxie, umožní to zistiť len množstvo hmoty vo vnútri dráhy. Najvzdialenejšia guľová hviezdokopa v štúdii L. Watkinsovej je vzdialená od jadra 130 000 svetelných rokov. Na zistenie hmotnosti za touto hranicou, musia astronómovia prijať určité predpoklady o podstate a tvare hala tmavej hmoty okolo Mliečnej cesty. Aj napriek tomu je však nové meranie také presné, že pomohlo získať lepší pohľad aj na mnohé iné veci. "Spolu s ďalšou analýzou podobných dát Lorenzo Posti a Amina Helminová (University of Groningen, Holandsko) pohli ručičku pomyselných váh smerom k vyššej hmotnosti Mliečnej cesty," hovorí Ana Bonacaová (Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics, USA). "Vďaka týmto prácam teraz vieme, že veľmi nízka hodnota hmotnosti Mliečnej cesty je nepravdepodobná." Pre astronómov bude toto nové určenie hmotnosti veľmi podstatné pre pochopenie množstva satelitných galaxií Mliečnej cesty. A pre zvyšok nás: Fíha, predsa len nie sme menší než galaxia v Androméde! Avšak je tu stále ešte množstvo práce. Bolo by treba nájsť nejaké vzdialenejšie objekty na sledovanie ich dráhy vo vonkajšom hale, poznamenáva Bonacaová, až niekde okolo 300 000 svetelných rokov od stredu. Problém je v nájdení niečoho tak vzdialeného, čo ale ešte môžeme vidieť, ako napríklad zmienené guľové hviezdokopy, trpasličie galaxie, alebo dokonca prúdy hviezd, ktoré gravitácia Mliečnej cesty odtrhla z dopadajucich guľových hviezdokôp či trpasličích galaxií. Watkinsová so spolupracovníkmi si myslia, že Gaia bude pokračovať v určovaní pohybov oveľa väčšieho množstva guľových hviezdokôp. Bezpochyby astronómovia budú pokračovať ešte nejaký čas v neďalekej budúcnosti v spresňovaní hmotnosti Mliečnej cesty pomocou tejto, ale aj ďalších metód. 

Publikované v časopise QUARK 8/2019, RNDr. Zdeněk Komárek

Zdroj obrázkov: https://www.spacetelescope.org/, http://hubblesite.org/