我们重新称量了银河系的质量

作者: 马寅哲

来源: 果壳

发布日期: 2014-08-05

本文报道了作者及其同事重新测量银河系质量的研究,发现仙女座星系的质量是银河系的约2倍,主要由于暗物质的存在。研究还测量了宇宙膨胀,结果与宇宙微波背景辐射的测量相符,并发表在《皇家天文学会月报》上。

最近,本文作者及其同事重新测量了银河系的质量。要了解宇宙深处的奥秘,必须从了解我们银河系周边的环境开始。我们地球处在银河系银盘中的一个旋臂上,所处位置距离银河系中心大约是银盘半径的一半。仙女座大星系M31则是距离银河最近的另一个大星系。由于距离非常近,我们用地球上的望远镜就可以观测到很多围绕它们旋转的“卫星星系”。这些“卫星星系”,质量比这两个大星系都小很多,因此可以当作点粒子来看待。

最近,我参与的一个英国、加拿大以及美国的国际合作组,利用卫星星系的数据,精确计算了银河系和仙女座星系的质量。结果发现,尽管这两个星系有着类似的大小和结构,仙女座星系的质量却是银河系的大约2倍。

此前的研究多将两个星系及其卫星星系作为一个整体,来研究卫星星系的运动。为了配合这种研究而建立的计算机模型并不准确。

我们的新模型在膨胀的宇宙背景中,将两个星系及围绕它们运动的卫星星系分开考察,通过测量它们之间的相对运动和位置,并结合它们相互之间的引力,测算出了银河系和仙女座星系的质量。由于这些星系的大多数质量来自于暗物质,所以也可以说,仙女座星系的暗物质几乎是银河系的2倍。我们对暗物质的本质仍旧了解甚少,这项发现有助于在我们银河系周边研究暗物质。

除了观测“卫星星系”的运动,我们还测量了宇宙的膨胀,与通过宇宙微波背景辐射所作的测量结果相符。由于宇宙整体上在膨胀,离我们越远的星系飞离我们的速度越快,受银河系引力的影响也越小;相反,距离我们越近的星系,受附近引力影响越大,宇宙膨胀效应就越小。因此,银河附近的星系群是我们能够用来测量宇宙膨胀的最小尺度,而此项研究也确实测出了膨胀效应。

在本星系群这么小的尺度上测出的宇宙膨胀率,居然和宇宙尺度上测出的结果非常相近——可以说,这是一个令人惊讶的结果。

7月30日,这项研究被发表在英国《皇家天文学会月报》(Monthly Notices of the Royal Astronomical Society)上。下一步,我们会进一步研究这两个星系的暗物质结构,以及它们与“卫星星系”的速度和位置之间的关系,以进一步探究暗物质的性质。

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