gov-civil-vilareal.ptQual é a massa da Via Láctea?
>Uma coisa estranha sobre a astronomia é que uma das coisas mais difíceis de entender em todo o Universo é a Via Láctea.
É como saber muito sobre seu bairro, a cidade próxima e até mesmo seu estado, mas não saber muito sobre sua própria casa.
Para ser justo, é como tentar entender sua casa, mas não poder sair do armário. Estamos dentro da Via Láctea, presos a meio caminho do centro, e tudo o que aprendemos sobre ela, aprendemos aqui. A boa notícia é que nós, humanos, somos muito, muito inteligentes.
Nós inventamos os telescópios! E descobrimos como observar a galáxia de maneiras diferentes, e aprendemos que é um disco plano com braços espirais, rodeando uma esfera de estrelas, rodeando um núcleo com um enorme buraco negro no centro. Também há um halo de estrelas em torno de tudo. Temos até números decentes sobre o tamanho de cada componente e até mesmo a massa da maioria deles.
A maioria ... mas não tudo . O disco, protuberância e núcleo são todos feitos do que chamamos de matéria normal, átomos e elétrons e prótons e nêutrons e coisas assim. Ao longo dos anos, fomos capazes de determinar a massa desses componentes, principalmente porque podemos vê-los e medi-los.
Mas esse halo é um problema. Também contém matéria normal, principalmente na forma de estrelas, mas o fato é que a maior parte dela é composta de matéria escura , coisas que não podemos ver e só podemos inferir.
el tenedor, la bruja y el gusano
A boa notícia é que a matéria escura ainda é matéria, e isso significa que tem massa , e que significa que tem gravidade. E isso significa (posso estar recebendo muitos que significa fundo aqui, mas esse é o último) que podemos determinar sua massa pela forma como sua gravidade afeta outras coisas dentro dela.
E há coisas dentro do halo que podemos ver, a saber, aglomerados globulares. Combinando dados do telescópio espacial Hubble com novas medições usando o fenomenal observatório Gaia, astrônomos descobriram agora a massa do halo da Via Láctea : É 1,54 trilhão vezes a massa do Sol.
Isso é muito. É uma grande galáxia! Mas a diversão está em como eles fizeram isso .
O mapa mais atual da Via Láctea é mostrado na representação de um artista. O Sol está diretamente abaixo do centro galáctico, próximo ao Orion Spur. Os braços do Scutum-Centaurus estendem-se para a direita e para cima, indo para trás do centro até o outro lado. A radiação observada está quase diretamente oposta ao Sol a partir do centro no braço S-C, a 65.000 anos-luz de distância. Crédito: NASA / JPL-Caltech / R. Ferida (SSC / Caltech)
Um exemplo: em nosso sistema solar, a massa esmagadoramente maior é o sol. Se você medir a velocidade com que um planeta orbita o Sol, combinado com sua distância, você pode determinar a massa do Sol (porque a velocidade orbital do planeta é determinada pela gravidade do Sol, que depende de sua massa).
É mais complicado para a galáxia, onde a massa é mais espalhada, mas o princípio é o mesmo. Isaac Newton mostrou que a gravidade que você sente de um objeto é a massa total entre você e isso. Não importa se o Sol é um pequeno ponto ou preenche a órbita do planeta, a gravidade sentida pelo planeta é a mesma. Apenas o interior da massa para a órbita do planeta importa.
Assim é para a Via Láctea. Se você deseja obter a massa da Via Láctea, é necessário localizar algum objeto orbital muito distante e, em seguida, medir sua velocidade ao redor da galáxia para calcular toda a massa galáctica dentro de sua órbita. Isso é muito difícil, porque um objeto a dezenas de milhares de anos-luz de distância pode estar gritando através do espaço, mas está tão longe que o movimento aparente é pequeno.
Mas: Temos telescópios realmente bons. E esse movimento às vezes pode ser medido.
O espetacular aglomerado globular NGC 1466. Crédito: ESA / Hubble e NASA
Digitar aglomerados globulares . Essas são coleções de centenas de milhares ou milhões de estrelas mantidas juntas por sua própria gravidade e parecem abelhas cintilantes circulando uma colmeia. A Via Láctea tem pelo menos 157 desses aglomerados, todos orbitando o centro galáctico. Muitos estão por perto e, portanto, não são muito úteis para obter a massa da galáxia (quanto mais distante, mais está contido pela órbita, então melhor), mas alguns estão realmente muito distantes.
O observatório Gaia da Agência Espacial Européia foi projetado para observar mais de um bilhão de estrelas em nossa galáxia e determinar sua posição, cores e movimento. Não discrimina; ele olha para todas as estrelas que pode, e muitas delas estão em globulares. Isso significa que temos o movimento no céu de muitos desses aglomerados. Combinado com medições cuidadosas de sua luz para obter seu deslocamento Doppler , isso nos dá uma velocidade tridimensional desses aglomerados!
Uma imagem animada que mostra o movimento do aglomerado globular NGC 5466 (à esquerda) visto pelo Telescópio Espacial Hubble ao longo de dez anos. O close-up (à direita) mostra as estrelas se movendo como um grupo com galáxias de fundo muito mais distantes parecendo estacionárias. Crédito: NASA, ESA e S.T. Sohn e J. DePasquale (STScI)
Os astrônomos que fizeram este trabalho usaram 34 desses aglomerados de 75 medidos por Gaia que se ajustavam ao que eles precisavam, e eles variaram em distância de 6.500 a quase 70.000 anos-luz de distância do centro galáctico. Eles também fizeram isso com aglomerados ainda mais distantes (cerca de 130.000 anos-luz) medidos pelo Hubble. Isso adicionou mais 16 à sua contagem.
Eles foram capazes de obter tudo o que precisavam para calcular a massa da galáxia. Ainda não é fácil! Por exemplo, os aglomerados internos vistos por Gaia eram mais numerosos e, portanto, eles obtiveram estatísticas melhores com eles, mas não estão longe o suficiente para obter a massa total da galáxia; o halo galáctico se estende além deles, e eles não podem medir sua massa com eles. Os clusters do Hubble ajudaram, mas havia menos deles, então as estatísticas eram um pouco mais complicadas (embora eles obtivessem diferentes estimativas de massa total usando as duas populações de cluster diferentes, os dois números estavam dentro da incerteza estatística um do outro, o que significa que eles são indistinguíveis estatisticamente).
Uma simulação da galáxia da Via Láctea cercada por filtros globulares, usando dados posicionais reais. Crédito: ESA / Hubble, NASA, L. Road, M.Kormesser
No final, eles tiveram que extrapolar além desses aglomerados, dado o que sabemos sobre a forma e o tamanho do halo, mas novamente os números que obtiveram foram consistentes. Para ser justo, o que eles conseguiram foi 1,54 trilhão de vezes a massa do Sol, com uma incerteza de +0,75 trilhões e -0,44 trilhões ... então pode ser qualquer coisa entre 0,79 e 2,29 trilhões.
Isso coloca a Via Láctea entre as grandes galáxias do Universo (que conhecíamos). Muitos são maiores, mas a maioria é muito menor.
Então, por que fazer isso? Importa qual é a nossa massa total?
Sim! Por exemplo, a massa de nossa galáxia é importante para a compreensão dos satélites que a orbitam. Há alguma discussão sobre o comportamento das duas maiores, a Grande e a Pequena Nuvens de Magalhães. Eles eventualmente colidirão? Eles estão realmente nos orbitando ou apenas de passagem? Nossa massa tem um papel nisso.
Ilustração de um desastre de trem cósmico: colisão da Via Láctea com a galáxia de Andrômeda, daqui a quatro bilhões de anos. Crédito: NASA, ESA, Z. Levay e R. van der Marel (STScI), T. Hallas e A. Mellinger
Eventualmente, a galáxia de Andrômeda irá colidir conosco ( em cerca de 4,6 bilhões de anos ) Como isso acontece depende muito da nossa massa. A determinação da massa da Via Láctea também nos fala sobre a estrutura de nossa galáxia e até mesmo como ela atua na estrutura em escala maior do Universo. E também nos diz, de maneira simples, nossa galáxia é típica? Somos como outras galáxias em alguns aspectos, diferentes em outros? Usamos nosso ambiente local como um modelo para entender o que está além - seja nossa casa em um bairro de centenas de outras pessoas ou nossa galáxia entre trilhões.
É um pouco paroquial, com certeza, mas é um bom lugar para começar. E, como descobrimos repetidamente, o Universo tem uma maneira de ajustar nossa perspectiva inicial, diminuindo nossos preconceitos e fortalecendo nossa apreciação da diversidade no cosmos.
Sempre senti que, apesar do comportamento frio e indiferente do Universo em geral, essa é uma lição profunda que posso usar em minha própria vida. Talvez você também possa.
