Znanstveniki so izmerili hitrosti gibanja 44 kroglastih zvezdnih kopic (oranžnih lis na tej podobi), da so lahko izračunali ocenjeno maso Galaksije kot celote. Podoba je računalniško ustvarjena. Foto: ESA/Hubble, NASA, L. Calçada
Galaksija Vetrnica, ki je podobna naši Galaksiji. Za galaksijo imamo še dva slovenska izraza: osvetje, meglenica. Foto: Esa/Nasa

Galaksija je skupek zvezd, prahu, plinov, črnih lukenj in drugega vesoljskega kosovja, ki je težnostno povezan in kroži okoli skupnega središča, navadno supermasivne črne luknje.

Tudi mi smo del ene galaksije, Rimske ceste. In ker smo v njej, jo je težko videti celo. Podobno, kot če bi stali sredi gozda in z gledanjem naokoli poskušali sklepati, kako velik je in koliko dreves je v njem. Zaradi debel se pogled prej ali slej ustavi.

Znanstveniki zato ne vedo zares, kako točno velika je Galaksija, ali koliko mase je v njej. Skozi leta lahko le razvijajo nove, boljše metode za približek, ali pa na podlagi novih opazovanj pridejo do nekoliko natančnejših rezultatov.

In kljub vsemu naporu se končne ocene divje razlikujejo, saj znašajo vse od 500 milijard mas Sonca – pa do 3.000 milijard.

Primer kroglaste zvezdne kopice, NGC 4147. Različice v višji ločljivosti so dostopne tukaj. Foto: ESA/Hubble & NASA, T. Sohn et al.

Zato je mednarodna skupina raziskovalcev združila moči dveh visokozmogljivih vesoljskih teleskopov, Hubbla in Gaie. Poskrbela je za oceno mase Galaksije na območju 129.000 svetlobnih let od središča v vse smeri. Prišla je do ocene 1,5 bilijona (1.500 milijard) mas Sonca, piše v sporočilu za javnost.

Raziskava bo objavljena v znanstveni publikaciji The Astrophysical Journal.

Temelj so podatki izjemno natančnega vesoljskega teleskopa Gaia (Esa), ki že več let neutrudno opazuje celotno nebo in pri tem ustavlja trirazsežno karto zvezd. Samo v zadnji izdaji meritev je kar 1,7 milijarde zvezd skupaj s podatki o gibanju, od tega kar 700.000 novoodkritih.

Velika težava je vidljivost. Galaksija je tako velika, da se tudi zvezde težko vidijo, dlje so od Zemlje, težje se jih zazna, zato večine sploh ne vidimo. So pa v Galaksiji malo večje in tudi vidnejše strukture. To so kroglaste zvezdne kopice, zgoščenine zvezd, ki družno svetijo močneje in jih lahko vidimo dlje.

Gaia je v drugem paketu poskrbela za popis teh kopic vse do 65.000 svetlobnih let oddaljenosti, skupno 34. Svoje je dodal še vesoljski teleskop Hubble z bogato zgodovino opazovanj, ki je na oddaljenosti vse do 130.000 svetlobnih let naštel skupno 12 kroglastih kopic. In ker je Hubble ta nebesna telesa opazoval že več kot desetletje, imajo znanstveniki tudi nekaj podatkov o njihovem gibanju.

GIF-animacija. Na levi je delček kroglaste zvezdne kopice NGC 5466, ki je 52.000 svetlobnih let stran. Na desni je še manjši izsek kopice, v ozadju pa oddaljena galaksija. Ker je Hubble v desetih letih to slikal velikokrat, se lahko zazna hitrost gibanja kopice. Foto: Nasa/ESA and S. T. Sohn and J. DePasquale (STScI
Foto, video: 3D/VR-zemljevid Galaksije s kar 1,7 milijarde zvezd

Tipanje po temi za temno snovjo
Te informacije gredo v naslednji, ključni izračun. Mase nam neznanega, a zagotovo prisotnega nečesa.

Desetletja astronomije in astrofizike so namreč pokazala, da je velika večina snovi v vesolju t. i. temne snovi. Materije, ki je ne poznamo, ne vemo, kaj je. Le to, da je.

"Temne snovi enostavno ne moremo neposredno zaznati. To nas pripelje do poglavitne neznanke v masi Galaksije: česar ne moreš neposredno zaznati, ne moreš točno izmeriti," je povedala Laura Watkins z Evropskega južnega observatorija (ESO), vodja raziskovalne skupine.

Da temna snov obstaja, so že davno tega ugotovili ravno prek gibanja galaksij.

Če se zgornja GIF-animacija ne predvaja, poskusite tukaj.

Ples s sencami
Še v prejšnjem stoletju so astronomi videli, da se opazovane galaksije vrtijo tako hitro, da bi se morale razleteti zaradi sredobežne sile. Edini način, da se še držijo skupaj, mora biti neka dodatna masa v galaksijah, ki ohranja galaktične strukture s svojo prisotnostjo, pa obenem očitno ne reagira na elektromagnetno valovanje, torej svetlobo, občutljiva pa je na težnost.

Esin teleskop Gaia deluje od leta 2013 s sladke težnostne točke L2 1,5 milijona kilometrov stran od Zemlje. Kmalu se mu bo pridružil tudi dolgo napovedovani James Webb. Foto: ESA/ATG medialab

Temno snov so torej odkrili prav prek težnostnega vpliva na "navadno", barionsko snov.

"Bolj kot je galaksija masivna, hitreje se kroglaste kopice gibljejo pod vplivom težnosti," pojasnjujejo v ekipi za Hubblom.

V konkretnem primeru je poznavanje gibanja kroglastih zvezdnih kopic pripomoglo k izračunu, koliko temne snovi mora biti v okolici. S podatki Hubbla in Gaie so namreč izmerili ne le, kako hitro se konkretna kopica bliža ali oddaljuje od Zemlje, temveč tudi prečno gibanje, prek katerega so lahko izračunali še hitrost – in posledično, galaktično maso.

Neskladje takoj pade v oči. Medtem ko naj bi galaksija Rimska cesta vsebovala za "samo" 200 milijard zvezd, je mase za več kot sedemkrat več. Nekaj je še prahu in plinov, preostalo so materialne "sence", temna snov.

Hubble je v tirnici že od leta 1990. Foto: Nasa

Hubblove tegobe
Mimogrede, stari Hubble se spoprijema z vse več težavami, ki nakazujejo, da konec teleskopske legende ni več daleč. Oktobra lani so morali reševati težavo s tehnološko najnaprednejšo kamero WFC 3, pa še odpoved žiroskopa, usmerjevalca naprave v prostoru. In ko je bilo oboje le pokrpano, je na začetku meseca odpovedala še kamera ACS, ki snema v očesu vidni svetlobi. Napaka se je pojavila v delu pomnilnika, kar so razrešili to sredo.

Misija Gaia je medtem v polnem zagonu, pričakuje se že tretji javno izdani katalog podatkov, ki bo zelo verjetno – tako kot prva dva"preoblikoval same temelje astronomije".

Video: Ponazoritev Galaksije in 44 kopic