中國天文學家發現銀河系質量較之前測量變輕


銀河系總質量是天體物理的基本參數,與很多重要天體物理問題直接相關。中國科學院國家天文台王建嶺副研究員領銜的國際團隊,與法國巴黎天文台弗索瓦·哈默 (Francois Hammer)和楊雁賓博士合作,利用歐洲太空總署蓋亞(Gaia)衛星的最新觀測數據,結合新一代動力學建模方法,推導銀河系重子物質與暗物質的質量分佈。他們發現銀河系質量在五千億到八千億太陽質量之間,顯示銀河係比之前測量較輕。

由於銀河系質量的重要性,在過去的幾十年裡,天文學家一直在試圖精確測量銀河系質量及其分佈情況。但前人的研究結果受到多方面的限制。首先,由於觀測樣本數據較小導致了研究結果不確定性較大。其次由於缺乏高質量的六維相空間坐標,不得不採用簡單的假設條件推導銀河系質量,這導致了較大的系統誤差。近年來大規模光譜巡天以及蓋亞衛星釋放的最新動力學資料,提供大量高質量的銀河系天體數據。現在正是研究銀河系結構、形成與演化的黃金時期。擺在天文學家面前的首要任務是如何利用這些高質量數據研究銀河系的結構以及形成。用動力學去建立模型是研究銀河系結構的主要工具之一。
  
今次國際研究團隊,利用新一代動力學建立模型方法對銀河系進行動力學模擬,推導銀河系重子物質以及暗物質的質量分佈情況。他們利用蓋亞衛星的高精度自行資料,計算銀河系一百五十個球狀星團的運動學數值。利用馬爾可夫鏈蒙特卡羅方法(Markov chain Monte Carlo)把盤上的旋轉曲線與球狀星團動力學資料相結合。他們採用了基於作用量分佈函數方法對銀河系進行動力學模擬,克服前人大量假設條件,從而得到更為真實的球狀星團的分佈函數,以及銀河系物質分佈情況。他們還採用了N-體數值模擬技術研究首次經過銀河系的大麥哲倫雲的可能影響。以及利用真實的宇宙學流體動力學模擬數據研究大量未能弛豫的子結構(Relaxed substructure)對測量結果影響。
  
他們發現銀河系總質量範圍在五千億到八千億太陽質量範圍,顯示我們銀河系質量較之前認為的要輕。這一輕質量銀河系對眾多天體物理問題具有影響,例如:銀河系的矮星繫起源問題,宇宙學丟失衛星星系問題等。

【圖、文:節錄自中國科學院國家天文台2022年1月12日新聞公佈;新聞資訊由林景明提供】研究全文刊登在2021年11月310日出版的英國《皇家天文學會月報》;標題是:Milky Way total mass derived by rotation curve and globular cluster kinematics from Gaia EDR3

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