È un problema di complessità galattica, ma i ricercatori si stanno avvicinando alla misurazione accurata della massa della Via Lattea.

Nell'ultimo di una serie di articoli che potrebbero avere implicazioni più ampie per il campo dell'astronomia, L'astrofisica McMaster Gwendolyn Eadie, lavorando con il suo supervisore del dottorato William Harris e con uno statistico della Queen's University, Aaron Springford, ha perfezionato il metodo di Eadie e Harris per misurare la massa della galassia che ospita il nostro sistema solare.

La risposta breve, utilizzando il metodo raffinato, è compreso tra 4.0 X 10 ¹¹ e 5,8 X 10 ¹¹ masse solari. In termini più semplici, si tratta della massa del nostro Sole, moltiplicato da 400 a 580 miliardi. Il Sole, per il record, ha una massa di due nonillion (ovvero 2 seguiti da 30 zeri) chilogrammi, o 330, 000 volte la massa della Terra. Questa stima della massa galattica include la materia fino a 125 kiloparsec dal centro della Galassia (125 kiloparsec è quasi 4 X 10 ¹⁸ chilometri). Quando la stima della massa viene estesa a 300 kpc, la massa è circa 9 X 10 ¹¹ masse solari.

Misurando la massa della nostra galassia domestica, o qualsiasi galassia, è particolarmente difficile. Una galassia non include solo stelle, pianeti, lune, gas, polvere e altri oggetti e materiali, ma anche un grande aiuto di materia oscura, una forma misteriosa e invisibile di materia non ancora del tutto compresa e non rilevata direttamente in laboratorio. Astronomi e cosmologi, però, può dedurre la presenza di materia oscura attraverso la sua influenza gravitazionale sugli oggetti visibili.

Eadie, un dottorando in Fisica e Astronomia presso la McMaster University, ha studiato la massa della Via Lattea e la sua componente di materia oscura da quando ha iniziato la scuola di specializzazione. Usa le velocità e le posizioni degli ammassi globulari che orbitano attorno alla Via Lattea. Le orbite degli ammassi globulari sono determinate dalla gravità della galassia, che è dettata dalla sua massiccia componente di materia oscura.

In precedenza, Eadie aveva sviluppato una tecnica per utilizzare le velocità degli ammassi globulari (GC), anche quando i dati erano incompleti.

La velocità totale di un GC deve essere misurata in due direzioni:una lungo la nostra linea di vista, e uno attraverso il piano del cielo, chiamato moto proprio. I ricercatori non hanno ancora misurato i movimenti propri di tutti i GC attorno alla Via Lattea. Eadie, però, aveva precedentemente sviluppato un modo per utilizzare queste velocità che sono solo parzialmente note, oltre alle velocità ben note, stimare la massa della galassia.

Ora, Eadie ha utilizzato un metodo statistico chiamato analisi bayesiana gerarchica che include non solo dati completi e incompleti, ma incorpora anche le incertezze di misura in una formula statistica estremamente complessa ma più completa. Per eseguire il calcolo più recente, gli autori hanno tenuto conto del fatto che i dati sono semplicemente misurazioni delle posizioni e delle velocità degli ammassi globulari e non necessariamente i veri valori. Ora trattano le posizioni e le velocità reali come parametri nel modello (il che significava aggiungere 572 nuovi parametri al metodo esistente).

I metodi statistici bayesiani non sono nuovi, ma la loro applicazione all'astronomia è ancora agli inizi, ed Eadie ritiene che la loro capacità di gestire l'incertezza pur continuando a produrre risultati significativi apra molte nuove opportunità nel campo.

"Con l'avvicinarsi dell'era dei Big Data, Penso che sia importante riflettere attentamente sui metodi statistici che utilizziamo nell'analisi dei dati, soprattutto in astronomia, dove i dati possono essere incompleti e avere vari gradi di incertezza, " lei dice.

Le gerarchie bayesiane sono state utili in altri campi ma stanno appena iniziando ad essere applicate in astronomia, Ha spiegato Eadie.