银河

远离城市的灯光，抬头一看，你会看到夜空的奇观之一——构成银河系的明亮多云的恒星带。我们的银河系家园是广阔而美丽的，但它仍然有许多谜团。

例如，尽管进行了几十年的尝试，天文学家仍未确定我们星系的确切重量，估计质量在7000亿至2万亿倍太阳之间。

称量一个星系，尤其是当你生活在其中的时候，并不是一件容易的事。图森亚利桑那大学的天文学家埃克塔·帕特尔在接受《现场科学》采访时表示：“这就像试图对美国人口进行人口普查，但你不能使用互联网，也不能离开你居住的城市。”。没有人能把银河系放在宇宙尺度上，然后读出结果。【我们银河系的惊人照片】

部分问题在于星系的大部分质量是看不见的。帕特尔说，暗物质是一种神秘的物质，不会发出任何光线，约占银河系的85%。因此，简单地计算银河系中的恒星并不能让你走得很远。

因此，研究人员通常会观察一些天体的轨道，Patel说。该方法基于艾萨克·牛顿300多年前推导的引力方程，该方程告诉你，较小物体绕较大物体旋转的速度和距离与较大物体的质量有关。

2017年发表在《天体物理杂志》上的一项研究中使用了一种方法，即观察数十万光年外的小型卫星星系，这些星系围绕银河系运行，就像行星围绕恒星运行一样。但是这些卫星星系有个问题。帕特尔说：“它们的轨道长达数十亿年。”这意味着在短短几年后，它们几乎不会移动，研究人员也无法轻易确定它们的轨道速度。

在2018年6月发表在《天体物理杂志》上的一项研究中，帕特尔和她的同事尝试了一种新的星系称重方法。他们研究了虚拟宇宙的超级计算机模拟，虚拟宇宙可以再现我们宇宙的许多方面，并试图找到围绕大星系运行的小星系的例子。

然后，将这些模拟卫星星系中的大约90000个与围绕银河系运行的九个真实星系的数据进行了比较。该团队挑选了轨道特性与真实卫星星系最接近的星系，并观察了它们周围模拟星系的质量。

这让他们很好地估计了我们星系的真实质量，其质量是太阳质量的9600亿倍。帕特尔说，她的结果很好地处于之前大多数结果的中间，尽管还有更高的精度空间。这可能来自欧洲航天局的盖亚卫星，该卫星最近对围绕银河系运行的30个微弱矮星系的轨道特性进行了非常好的测量。帕特尔说，使用这些数据和宇宙学模拟来微调体重测量是“我的待办事项”。

最近，美国国家航空航天局的哈勃太空望远镜和欧洲航天局的盖亚卫星结合了对球状星团的观测，发现银河系的重量约为1.5万亿太阳质量。这个数字可能是最准确的数字之一，很快将发表在即将出版的《天体物理杂志》上。

帕特尔说，了解银河系的质量将在许多方面帮助天文学家。首先，天文学家将能够更好地计算卫星星系的轨道，因为这些轨道取决于银河系的质量。较重的星系也有更多的卫星围绕它们运行，到目前为止，望远镜已经发现了大约50个围绕银河系运行的星系。由于我们不知道这个星系的确切重量，科学家们也不确定他们应该找到多少卫星星系。最后，银河系的真实重量将有助于研究人员了解其质量中暗物质与规则物质的比例。

帕特尔希望，未来的研究和更好的数据将最终确定这个难以捉摸的未知。

她说：“我认为在未来10年或20年内，我们会有一个更好的答案。”。

编者按：这篇报道最初发表于2018年9月4日。它于2019年3月7日下午1点30分更新，包括根据美国国家航空航天局哈勃太空望远镜和欧洲航天局盖亚卫星收集的观测结果对银河系质量的额外估计。

最初发表在《生活科学》上。