Per secoli, gli astronomi hanno guardato oltre il nostro sistema solare per saperne di più sulla galassia della Via Lattea. E ancora, ci sono ancora molte cose che ci sfuggono, come conoscere la sua massa precisa. Determinare questo è importante per comprendere la storia della formazione delle galassie e l'evoluzione del nostro universo. Come tale, gli astronomi hanno tentato varie tecniche per misurare la vera massa della Via Lattea.

Finora, nessuno di questi metodi ha avuto particolare successo. Però, un nuovo studio di un team di ricercatori dell'Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics ha proposto un modo nuovo e interessante per determinare quanta massa c'è nella Via Lattea. Utilizzando come punto di riferimento le stelle di ipervelocità (HVS) che sono state espulse dal centro della galassia, affermano che possiamo limitare la massa della nostra galassia.

Il loro studio, intitolato "Limitare la massa della Via Lattea con le stelle iperveloci", è stato recentemente pubblicato sulla rivista Astronomia e Astrofisica . Lo studio è stato prodotto dal Dott. Giacomo Fragione, astrofisico dell'Università di Roma, e il professor Abraham Loeb – il Frank B. Baird, Jr. Professore di Scienze, il Presidente del Dipartimento di Astronomia, e il Direttore dell'Istituto di Teoria e Calcolo dell'Università di Harvard.

Per essere chiari, determinare la massa della Via Lattea non è un compito semplice. Da una parte, le osservazioni sono difficili perché il sistema solare si trova in profondità all'interno del disco della galassia stessa. Ma allo stesso tempo, c'è anche la massa dell'alone di materia oscura della nostra galassia, che è difficile da misurare poiché non è "luminoso", e quindi invisibile ai metodi di rilevamento convenzionali.

Le stime attuali della massa totale della galassia si basano sui movimenti delle stelle filanti di marea di gas e ammassi globulari, che sono entrambi influenzati dalla massa gravitazionale della galassia. Ma così lontano, queste misurazioni hanno prodotto stime di massa che vanno da uno a diversi trilioni di masse solari. Come ha spiegato il professor Loeb a Universe Today via e-mail, misurare con precisione la massa della Via Lattea è di grande importanza per gli astronomi:

"La Via Lattea fornisce un laboratorio per testare il modello cosmologico standard. Questo modello prevede che il numero di galassie satellite della Via Lattea dipende sensibilmente dalla sua massa. Quando si confrontano le previsioni con il censimento delle galassie satellitari conosciute, è essenziale conoscere la massa della Via Lattea. Inoltre, la massa totale calibra la quantità di materia invisibile (oscura) e imposta bene la profondità del potenziale gravitazionale e implica quanto velocemente dovrebbero muoversi le stelle per fuggire nello spazio intergalattico."

Per il loro studio, Il Prof. Loeb e il Dr. Fragione hanno quindi scelto di adottare un approccio nuovo, che ha comportato la modellazione dei movimenti degli HVS per determinare la massa della nostra galassia. Finora sono stati scoperti più di 20 HVS nella nostra galassia, che viaggiano a velocità fino a 700 km/s (435 mi/s) e si trovano a distanze di circa 100-50, 000 anni luce dal centro galattico.

Si pensa che queste stelle siano state espulse dal centro della nostra galassia grazie alle interazioni delle stelle binarie con il buco nero supermassiccio (SMBH) al centro della nostra galassia, ovvero. Sagittario A*. Mentre la loro causa esatta è ancora oggetto di dibattito, le orbite degli HVS possono essere calcolate in quanto completamente determinate dal campo gravitazionale della galassia.

Come spiegano nel loro studio, i ricercatori hanno utilizzato l'asimmetria nella distribuzione della velocità radiale delle stelle nell'alone galattico per determinare il potenziale gravitazionale della galassia. La velocità di queste stelle dell'alone dipende dalla potenziale velocità di fuga degli HVS, a condizione che il tempo impiegato dagli HVS per completare una singola orbita sia inferiore alla vita delle stelle dell'alone.

Da questa, sono stati in grado di discriminare tra diversi modelli per la Via Lattea e la forza gravitazionale che esercita. Adottando il tempo di viaggio nominale di questi HVS osservati, che hanno calcolato in circa 330 milioni di anni, circa uguale alla vita media delle stelle dell'alone:​​sono stati in grado di derivare stime gravitazionali per la Via Lattea che hanno consentito stime sulla sua massa complessiva.

"Calibrando la velocità minima delle stelle non legate, troviamo che la massa della Via Lattea è nell'intervallo di 1,2-1,9 trilioni di masse solari, " disse Loeb. Pur essendo ancora soggetto a un range, quest'ultima stima rappresenta un miglioramento significativo rispetto alle stime precedenti. Cosa c'è di più, queste stime sono coerenti con i nostri attuali modelli cosmologici che tentano di spiegare tutta la materia visibile nell'universo, così come la materia oscura e l'energia oscura:il modello Lambda-CDM.

"La massa dedotta della Via Lattea è nell'intervallo previsto all'interno del modello cosmologico standard, " disse Leob, "dove la quantità di materia oscura è circa cinque volte maggiore di quella della materia ordinaria (luminosa)."

Sulla base di questa ripartizione, si può dire che la materia normale nella nostra galassia - cioè stelle, pianeti, polvere e gas – rappresenta tra 240 e 380 miliardi di masse solari. Quindi non solo questo ultimo studio fornisce vincoli di massa più precisi per la nostra galassia, potrebbe anche aiutarci a determinare esattamente quanti sistemi stellari ci sono là fuori:le stime attuali dicono che la Via Lattea ha tra 200 e 400 miliardi di stelle e 100 miliardi di pianeti.

Oltre a questo, questo studio è significativo anche per lo studio della formazione e dell'evoluzione cosmica. Effettuando stime più precise sulla massa della nostra galassia, quelli che sono coerenti con l'attuale ripartizione della materia normale e della materia oscura, i cosmologi saranno in grado di costruire resoconti più accurati di come è nato il nostro universo. Un passo più vicino alla comprensione dell'universo sulla più grande delle scale!