Linnunrata painaa valossa käyttämällä hyvin kulunutta tekniikkaa

Linnunradan taidetta

Tämän taiteilijan vaikutelma Linnunradan galaksista, Maan galaktisesta kodista, sisältää tähtiä ja monia muita kirkkaita esineitä. Linnunradalla hallitsee myös tumman aineen halo (näkyy tässä sinisenä). Galaksin massan mittaukset auttavat tutkijoita ymmärtämään paremmin sen muuten näkymättömän halo. (Kuvaluotto: ESO / L. Calcada)



Linnunradan galaksin massan uusi mittaus viittaa siihen, että Maan galaktinen koti on hieman kevyempi kuin monet aiemmat arviot ehdottivat, mutta uuden työn takana olevat tutkijat sanovat, että menetelmä on tärkeä.



The Linnunrata koostuu tähdistä, planeetoista, kaasupilvistä ja eläintarhasta muita esineitä ja ominaisuuksia. Sitä ympäröi myös tumman aineen halo, salaperäinen aine, joka on maailmankaikkeudessa viisi kertaa yleisempi kuin tavallinen aine, mutta joka ei ole vuorovaikutuksessa valon kanssa. Pimeää ainetta on tämän vuoksi äärimmäisen vaikea tutkia tähtitieteilijöille.

Uuden massamittauksen mukaan Linnunrata on 400–780 miljardia kertaa auringon massa. Tämä mittaus antaa tutkijoille käsityksen siitä, kuinka paljon pimeää ainetta Linnunradan halo sisältää, ja että tieto voi levitä moniin tähtitieteen näkökohtiin, jotka leikkaavat pimeän aineen tutkimuksen mukaan, uuden työn kirjoittajien mukaan. [Upeita valokuvia Linnunradan galaksistamme (galleria)]



Pimeä mysteeri

Pimeä aine ei säteile, heijasta tai absorboi valoa; se on käytännössä näkymätön tähtitieteilijöille ja paljastuu vain painovoiman avulla. Pimeän aineen kimput voivat taivuttaa tähtivaloa mustan aukon tapaan ilmiössä nimeltä gravitaatiolinssi. Lisäksi tähtien ja muun materiaalin havaittua liikkumista suurten galaksien sisällä ei voida selittää pelkästään säännöllisen aineen läsnäololla; Näissä näkymättömissä aineissa on oltava merkittävä määrä painovoimaa myös näihin galakseihin.

'' Tähtitieteen tutkimuksessa on kaikenlaisia ​​eri puolia, joissa pimeä aine on tärkeä '', tohtori Gwendolyn Eadie. astrofysiikan kandidaatti McMastersin yliopistossa Ontariossa Kanadassa ja uuden tutkimuksen tekijä, kertoi demokratija.eu.

Mutta tärkeitä kysymyksiä on edelleen tästä salaperäisestä aineesta.



'Vaikka tiedämme, että pimeän aineen pitäisi olla siellä, [ja] mielestämme sen pitäisi olla siellä, pimeän aineen ja valoaineen suhde tietyissä galakseissa voi olla keskustelussa', Eadie sanoi.

Linnunradan massan mitat sisältävät mm pimeän aineen halo -massa . Parannetun Linnunradan massan lisääminen galaksin (ja muiden vastaavien) tietokonesimulaatioihin testaa lopulta ymmärrystämme siitä, miten maailmankaikkeus on kehittynyt ja kuinka galaksit muodostuvat pimeän aineen läsnä ollessa ', Eadie kertoi demokratija.euille. Tämä tarkoittaa sitä, että paikallisen pimeän aineen ympäristön ymmärtäminen voi auttaa tutkijoita ymmärtämään paremmin pimeän aineen roolia laajemmassa kosmisessa maisemassa.

Suorittaakseen uuden Linnunradan massan mittaamisen tutkijat tarkastelivat, kuinka muut massiiviset asiat liikkuvat galaksin ympäri. Tämä on tyypillinen lähestymistapa, ja tässä tapauksessa tutkijat keskittyivät esineisiin, joita kutsutaan pallomaisiksi klustereiksi tai tiheiksi tähtijoukkoiksi, jotka eivät ole tarpeeksi suuria galakseiksi. Yhteensä 157 tunnettua pallomaista ryhmää Linnunradalla, ja galaksin massa vaikuttaa kunkin klusterin liikkeeseen, melkein kuin ne olisivat palloja narussa. Jos merkkijono olisi näkymätön, pallon liike paljastaa silti merkkijonon vaikutuksen.



Mutta menetelmä, joka hyödyntää pallomaisten klustereiden liikettä, vaatii tietoja, jotka osoittavat, kuinka nämä klusterit liikkuvat, ja että tiedot eivät ole yhdenmukaisia ​​kaikkialla, Eadie selitti tiedotustilaisuudessa. Jotkut näistä klustereista ovat hyvin kaukana tai sijoitettu siten, että niiden liikettä on vaikea mitata joka suuntaan. Vaikka on mahdollista nähdä, kuinka nopeasti nämä galaksit liikkuvat kohti tai poispäin Maasta, niiden liikkeen mittaaminen taivaalla voi olla vaikeaa, koska ne näyttävät liikkuvan hyvin hitaasti (ainakin verrattuna ihmisten elämään), Eadie sanoi.

Linnunrata, kotimme galaksimme avaruudessa, on valtava galaksi, joka sisältää 400 miljardia aurinkoa, ainakin niin monta planeettaa ja keskellä 4 miljardin aurinkomassan mustan aukon. Katso kuinka Linnunrata -galaksimme toimii tästä demokratija.eu -infografiasta.

Linnunrata, kotimme galaksimme avaruudessa, on valtava galaksi, joka sisältää 400 miljardia aurinkoa, ainakin niin monta planeettaa ja keskellä 4 miljardin aurinkomassan mustan aukon. Katso kuinka Linnunrata -galaksimme toimii tästä demokratija.eu -infografiasta.(Kuvan luotto: Karl Tate, demokratija.eu -avustaja)

Ongelma muuttuu vielä monimutkaisemmaksi, koska tutkijoiden on selvitettävä pallomaisten ryhmien liike suhteessa galaksin keskipisteeseen, mutta aurinko sijaitsee hyvin kaukana tästä keskustasta, Eadie sanoi. Joten kaikki pallomaisen klusterin liikkeiden mittaukset on 'käännettävä' galaksin keskelle, ja sitä on vaikea tehdä, kun nämä mittaukset ovat epätäydellisiä (esimerkiksi kun pallomaisen klusterin liikettä ei mitata taivas). Tästä syystä monet tekniikat Linnunradan massan mittaamiseksi eivät voi käyttää kaikkia saatavilla olevia tietoja, Eadie sanoi tiedotustilaisuudessa.

Uusi tekniikka käyttää kuitenkin lähes kaikkia saatavilla olevia tietoja pallomaisista klusterimittauksista, Eadie sanoi. Hän ja hänen kollegansa tekivät tämän saavutuksen käyttämällä vakiintunutta tilastotekniikkaa, jota kutsutaan hierarkkiseksi Bayesin malliksi. Yksityiskohdat ovat melko karvaisia, mutta olennaisesti tekniikka on parempi sisällyttää epätäydelliset tai erittäin epävarmat mittaukset, Eadie sanoi. Lopputulos ottaa huomioon myös näiden mittausten epävarmuuden, joten jos mittaus on erittäin epäluotettava, sillä on vähemmän vaikutusta lopputulokseen, Eadie sanoi.

Yksi aikaisempi yritys mitata Linnunradan massa pallomaisten klustereiden kautta käytti tietoja vain 89: stä 157 pallomaisesta klusterista, eikä sisältänyt näitä mittausepävarmuustekijöitä. Se sai aikaan noin 680 miljardin aurinkomassan tuloksen, joka on uuden mittauksen alueella, 'mikä on rohkaisevaa', Eadie sanoi. [ Galleria: Pimeä aine koko maailmankaikkeudessa ]

'Nämä tulokset ovat [myös] rohkaisevia, ja erityisesti menetelmä on rohkaiseva', hän sanoi. '' Mahdollisuus sisällyttää nämä mittausepävarmuustekijät mielekkäästi voi vaikuttaa laajasti myös muihin tähtitieteen aloihin, joissa mittaukset ovat aina epävarmoja ja meillä on usein epätäydellisiä mittauksia. ''

Uusi tekniikka voi myös auttaa ratkaisemaan toisen tärkeän ongelman, jonka tähtitieteilijät kohtaavat galaksin massan mittaamisessa: Ei ole aina selvää, missä galaksi pysähtyy ja muu avaruus alkaa. Säteen päättäminen Linnunrata on kuin yrittäisi löytää hyvin vihaisen pilven 'reunan'. Eadien mukaan galaksin massan eri mittaukset lasketaan eri etäisyyksille galaktisesta keskuksesta, mikä vaikeuttaa tulosten vertailua.

Uudet tulokset tarjoavat ”massaprofiilin”, joka antaa valikoiman siitä, minkä massan tulisi olla eri etäisyyksillä galaktisesta keskuksesta. Profiili osoittaa, että galaksin massa on 400–580 miljardia kertaa auringon massa 125 kiloparsekin säteellä (noin 407 695 valovuotta eli 3,8 x 10)18kilometriä). Jos tätä sädettä laajennetaan niin sanottuun 'viriaaliseen säteeseen', joka on 179 kiloparsekkia (583820 valovuotta tai 5,52 x 1018kilometriä), niin massa -arvio on 470–780 miljardia kertaa auringon massa. Massaprofiili sisältää myös epävarmuuden näissä mittauksissa, mikä tekee selväksi, jos edellinen mittaus on päällekkäinen uuden kanssa, Eadie sanoi.

Parannuksia tulossa

Uusi mittaus ei ole tarinan loppu, Eadie kertoi demokratija.euille. Luvut todennäköisesti muuttuvat, kun tutkijat saavat parempia mittauksia pallomaisten klustereiden liikkeistä, hän sanoi. Käynnissä oleva projekti nimeltä Hubble Space Telescope Proper Motion Collaboration (HSTPROMO) pyrkii saamaan uusia mittauksia tai parannettuja mittauksia läheisten pallomaisten ryhmien liikkeille.

Lisäksi hierarkkinen Bayesin tekniikka perustuu galaksin fyysisiin malleihin ja pallomaisten klustereiden jakautumiseen galaksissa, mutta näiden mallien näkökohtia voitaisiin parantaa, Eadie sanoi. Esimerkiksi uudessa massalaskennassa käytetty galaksin malli olettaa, että pimeän aineen halo ei pyöri 'tavallisen' aineen kanssa, mutta tämä oletus 'voi olla totta tai ei', Eadie kertoi demokratija.euille. Joten mallien parannukset voivat myös auttaa parantamaan massamittauksia, hän sanoi.

Eadie lisäsi odottavansa uusien tietojen saamista Euroopan avaruusjärjestön Gaia -avaruusalus , joka antaa mittauksia liikkeestä miljardeja tähtiä Linnunradalla ; että tietoja voitaisiin käyttää myös galaksin massamittaukseen, jota sitten voitaisiin verrata Eadien ja hänen kollegoidensa uuteen mittaukseen.

Hierarkinen Bayes-analyysi on vakiintunut tilastollinen tekniikka, jota käytetään ekologiassa, biostatistiikassa ja kosmologiassa, Eadie sanoi. Hän sanoi ajattelevansa, että se voisi olla suuri apu tähtitieteilijöille 'big datan' aikakaudella, kun instrumentit, kuten Large Synoptic Survey Telescope, tuottavat teratavua dataa muutaman päivän välein.

'Mielestäni on hienoa, että nyt [hierarkkinen Bayesin analyysi] alkaa saada vetovoimaa tähtitieteessä', hän sanoi. 'Yhteisönä olemme alkaneet ymmärtää, että se on tehokas menetelmä.'

Seuraa Calla Cofieldia @callacofield . Seuraa meitä @Spacedotcom , Facebook ja Google+ . Alkuperäinen artikkeli aiheesta demokratija.eu .