Dalla nascita dell'astronomia moderna, gli scienziati hanno cercato di determinare l'intera estensione della galassia della Via Lattea e di saperne di più sulla sua struttura, formazione ed evoluzione. Attualmente, gli astronomi stimano che sia 100, 000 a 180, 000 anni luce di diametro ed è composto da 100 a 400 miliardi di stelle, anche se alcune stime dicono che potrebbero essere fino a 1 trilione.

E ancora, anche dopo decenni di ricerche e osservazioni, c'è ancora molto sulla nostra galassia che gli astronomi non sanno. Per esempio, stanno ancora cercando di determinare quanto sia massiccia la Via Lattea, e le stime variano ampiamente. In un nuovo studio, un team di scienziati internazionali presenta un nuovo metodo per pesare la galassia basato sulla dinamica delle galassie satelliti della Via Lattea.

Lo studio, intitolato "La massa della Via Lattea dalla dinamica dei satelliti, " recentemente apparso in Avvisi mensili della Royal Astronomical Society . Lo studio è stato condotto da Thomas Callingham dell'Istituto di cosmologia computazionale dell'Università di Durham, e includeva membri del Massachusetts Institute of Technology (MIT), l'Istituto di Heidelberg per gli studi teorici, e più università.

Come indicano nel loro studio, la massa della Via Lattea è fondamentale per la nostra comprensione dell'astrofisica. Non solo è importante in termini di collocare la nostra galassia nel contesto della popolazione generale della galassia, ma svolge anche un ruolo importante quando si affrontano alcuni dei più grandi misteri che derivano dalle nostre attuali teorie astrofisiche e cosmologiche.

Questi includono le complessità della formazione delle galassie, discrepanze con l'attuale modello Lambda Cold Dark Matter (Lambda CDM), teorie alternative sulla natura della materia oscura, e la struttura su larga scala dell'universo. Cosa c'è di più, studi precedenti sono stati ostacolati da una serie di fattori, che includono il fatto che l'alone di materia oscura della Via Lattea (che costituisce la maggior parte della sua massa) non può essere osservato direttamente.

Un altro grosso problema è il fatto che è difficile misurare l'estensione e la massa della Via Lattea perché ci siamo dentro. Di conseguenza, studi precedenti che hanno tentato di dedurre la massa della nostra galassia hanno portato a stime di massa che vanno da circa 500 miliardi a 2,5 trilioni di volte la massa del nostro sole (masse solari). Come ha spiegato Callingham a Universe Today via e-mail, era necessario un approccio raffinato:

"La maggior parte della galassia è nel suo alone di materia oscura, che non si può osservare direttamente. Anziché, deduciamo le sue proprietà attraverso l'osservazione di vari traccianti dinamici che avvertono gli effetti gravitazionali della materia oscura – come le popolazioni stellari, ammassi globulari, vapori e galassie satellitari. La maggior parte di questi si trova al centro di una nostra galassia nel disco galattico (entro ~10kpc) e nell'alone stellare (~15kpc) che possono fornire buone stime di massa della regione interna. Tuttavia l'alone DM raggiunge ~200kpc, e per questo abbiamo scelto di concentrarci sulle galassie satellite, come uno dei pochi traccianti che sondano queste parti esterne della galassia."

Per il loro studio, il team si è basato sui dati del secondo rilascio di dati del satellite Gaia (rilascio DR2) per porre vincoli migliori alla massa della Via Lattea. La missione Gaia, che ha fornito più informazioni che mai sulla nostra galassia, include la posizione e i moti relativi di innumerevoli stelle nella Via Lattea, comprese quelle che si trovano nelle galassie satellitari. Come ha indicato Callingham, questo si è rivelato molto utile per vincolare la massa della Via Lattea:

"Confrontiamo le proprietà orbitali Energia e Momento angolare delle galassie dei satelliti MWs con quelle trovate nelle simulazioni. Abbiamo usato le ultime osservazioni dei satelliti MWs dal recente set di dati Gaia DR2 e un campione di galassie e galassie satellitari adatte dalle simulazioni EAGLE, una simulazione leader è stata eseguita a Durham con un grande volume e una fisica barionica completamente idrodinamica."

Il software EAGLE (Evoluzione e Assemblaggio di GaLaxies e dei loro Ambienti), sviluppato dall'Institute of Computational Cosmology della Durham University, modella la formazione di strutture in un volume cosmologico di 100 Megaparsec di lato (oltre 300 milioni di anni luce). Però, l'utilizzo di questo software per dedurre la massa della Via Lattea ha presentato alcune sfide.

"Una sfida a questo è il campione limitato di galassie di dimensioni MW in EAGLE (o in effetti qualsiasi simulazione), " ha detto Callingham. "Per aiutare questo usiamo una relazione di scala di massa per scalare il nostro campione totale di galassie in modo che sia la stessa massa. Ciò ci consente di utilizzare in modo più efficace il nostro set di dati e migliora notevolmente le nostre statistiche. Il nostro metodo è stato quindi rigorosamente testato trovando la massa delle galassie simulate dalle simulazioni EAGLE e Auriga, una suite indipendente di simulazioni ad alta risoluzione. Ciò garantisce che la nostra stima di massa sia robusta e contenga errori realistici (qualcosa con cui il campo a volte lotta a causa di ipotesi analitiche)."

Da questa, hanno scoperto che la massa totale dell'alone della Via Lattea era di circa 1,04 x 1012 (oltre 1 trilione) di masse solari, con un margine di errore del 20%. Questa stima pone vincoli molto più stretti sulla massa della Via Lattea rispetto alle stime precedenti, e potrebbe avere alcune implicazioni significative nei campi dell'astronomia, astrofisica e cosmologia. Come ha riassunto Callingham:

"Una stima di massa più ristretta può essere utilizzata in molti modi. Nella modellazione delle galassie, l'alone DM è lo sfondo su cui si incastrano i componenti stellari. Molti metodi per sondare la natura del DM, come la struttura dell'alone DM, così come la densità del DM sulla Terra per scopi di rilevamento diretto dipendono dalla massa del MW. La massa può anche essere utilizzata per prevedere il numero di galassie satellite intorno al MW che ci aspettiamo".

Oltre a fornire agli astronomi misurazioni raffinate della massa della Via Lattea, che contribuiranno notevolmente a informare la nostra comprensione delle sue dimensioni, estensione, e popolazione di galassie satellitari:questo studio ha anche implicazioni per la nostra comprensione dell'universo nel suo insieme. Cosa c'è di più, it is yet another groundbreaking study that was made possible through Gaia's second data release.

The third release of Gaia data is scheduled to take place in late 2020, with the final catalog being published in the 2020s. Nel frattempo, an extension has already been approved for the Gaia mission, which will now remain in operation until the end of 2020 (to be confirmed at the end of this year).