中国天文学家发现银河系质量较之前测量变轻

银河系总质量是天体物理的基本参数,与很多重要天体物理问题直接相关。 中国科学院国家天文台王建岭副研究员领衔的国际团队,与法国巴黎天文台弗索瓦·哈默 (Francois Hammer)和杨雁宾博士合作,利用欧洲太空总署盖亚(Gaia)卫星的最新观测数据,结合新一代动力学建模方法,推导银河系重子物质与暗物质的质量分布。 他们发现银河系质量在五千亿到八千亿太阳质量之间,显示银河系比之前测量较轻。

中国天文学家发现银河系质量较之前测量变轻

由于银河系质量的重要性,在过去的几十年里,天文学家一直在试图精确测量银河系质量及其分布情况。 但前人的研究结果受到多方面的限制。 首先,由于观测样本数据较小导致了研究结果不确定性较大。 其次由于缺乏高质量的六维相空间坐标,不得不采用简单的假设条件推导银河系质量,这导致了较大的系统误差。 近年来大规模光谱巡天以及盖亚卫星释放的最新动力学资料,提供大量高质量的银河系天体数据。 现在正是研究银河系结构、形成与演化的黄金时期。 摆在天文学家面前的首要任务是如何利用这些高质量数据研究银河系的结构以及形成。 用动力学去建立模型是研究银河系结构的主要工具之一。

今次国际研究团队,利用新一代动力学建立模型方法对银河系进行动力学模拟,推导银河系重子物质以及暗物质的质量分布情况。 他们利用盖亚卫星的高精度自行资料,计算银河系150个球状星团的运动学数值。 利用马尔可夫链蒙特卡罗方法(Markov chain Monte Carlo)把盘上的旋转曲线与球状星团动力学数据相结合。 他们采用了基于作用量分布函数方法对银河系进行动力学模拟,克服前人大量假设条件,从而得到更为真实的球状星团的分布函数,以及银河系物质分布情况。 他们还采用了N-体数值模拟技术研究首次经过银河系的大麦哲伦云的可能影响。 以及利用真实的宇宙学流体动力学仿真数据研究大量未能弛豫的子结构(Relaxed substructure)对测量结果影响。

他们发现银河系总质量范围在五千亿到八千亿太阳质量范围,显示我们银河系质量较之前认为的要轻。 这一轻质量银河系对众多天体物理问题具有影响,例如:银河系的矮星系起源问题,宇宙学丢失卫星星系问题等。

【图、文:节录自中国科学院国家天文台2022年1月12日新闻公布;新闻资讯由林景明提供】研究全文刊登在2021年11月310日出版的英国《皇家天文学会月报》;标题是:Milky Way total mass derived by rotation curve and globular cluster kinematics from Gaia EDR3

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