银河系到底有多重?

用户61493435656



银河系的直径是20万光年,中心厚度1.2万光年,每一次大规模巡天都会将银河系的直径变得更加精确,目前认为银河系有1000亿到4000亿颗恒星,在以前的话我们完全可以根据恒星的质量去确定银河系的质量,因为恒星的质量占据了恒星质量的绝大部分,行星那点质量完全可以忽略。

在我们的太阳系中太阳质量占到了总质量的99.86%,因此地球等行星的质量不在考虑范围之内,目前推算的银河系质量是2100亿倍太阳质量,但根据目前的宇宙学模型来看,银河系一定还有巨量的暗物质存在,这些暗物质虽然不存在,但是产生的引力让银河系不至于分崩离析。


科学家们估计暗物质占到了银河系物种总量的85%,除此之外银河系海洋大量的星际尘埃挡住了我们的视线,很多天体都在人类的视线之外,因此银河系的精确质量一直是一个迷。

目前对银河系质量进行过精确估算的是由亚利桑那大学的天文学家,他们在银河系周围测量了9个卫星星系的角动量,这种基本守恒量同时也被暗物质所影响,天文学家们用观测到的数据确定了银河系的引力效应,最后得出银河系的真正质量在8000亿到1.5万亿太阳质量之间。


我们的太阳系只是银河系中的一粒沙子,但是诞生于太阳系的人类会用自己的智慧和科学去探究宇宙奥秘。


宇宙探索未解之迷


经常见到问银河系有多大?第一次见银河系有多重这个问题,银河系其直径在150000到200000光年之间,这是我们通常所说的恒星盘面直径,还没有考虑暗物质!其平均厚度约为1000光年,这么大的银河系质量到底是多少呢?


如果要计算质量的话那么必然要考虑暗物质,当然计算方法的不同会导致结果有着很大不同,按最低来说银河系的质量为5.8×10∧11个太阳质量(M☉),要知道在银河系虽然恒星数以千亿记,还有不同恒星系的其它星球,再加上大量尘埃加起来这些可探测物质可能也只占了15%左右,而大部分质量似乎是暗物质,一种未知的、不可见的物质,与普通物质在重力作用下相互作用。

其实暗物质晕相对均匀地分布在距银河系中心100000秒差距(kpc)以上的距离上。因此根据数学模型就可以算出暗物质的质量,并且因为轨道速度取决于轨道半径内的总质量,所以2014年发表的一项研究,整个银河系的质量估计为8.5×10∧11个太阳质量M☉。

而2018年的一个研究中根据测量卫星星系以及恒星流的角动量,利用角动量守恒的原理计算银河系质量得出质量为9.6×10∧11M☉,这种方法目前看来较为可靠。

总之这类计算只能是大概估计,因为涉及体系太大,技术难度等限制可能不同方法计算结果有所差距,但在数量级上一般是相同的。


科学认识论


由于我们身处银河系之中,并且银河系的范围又很大,想要测出银河系的总质量不是一件容易的事情。根据不同方法测出的银河系质量有一定的偏差,从最轻的8000亿倍太阳质量,到最重的1.5万亿倍太阳质量。

银河系中最容易被我们观测到的是恒星,因为它们会发光,据此可以测量出恒星的距离和质量。但即便统计出银河系中有多少恒星,也无法精确测量出银河系的总质量。因为银河系中还有大量的星际尘埃,它们本身不会发光,只能依靠反射恒星光或者受到恒星辐射的激发而发光。

然而,能够用各种波段的天文望远镜探测到的普通物质只占银河系总质量的15%,另外85%是那些十分神秘的暗物质,它们无法用电磁波手段探测到,只能借助于引力的方法,因为暗物质可以产生引力作用。

理论上,通过测量银河系边缘恒星的运动速度以及它们与银河系中心的距离,可以估算出银河系的总质量。银河系中的恒星都会绕着整个银河系的共同质心(银心)旋转,它们的轨道速度与其轨道之内的银河系质量直接相关。根据这种方法测出的银河系总质量大约为太阳质量的8500亿倍,其中恒星的总质量大约为太阳质量的500亿倍。

在2018年,亚利桑那大学的天文学家提出了一种新的方法来给银河系称重[1]。银河系周围存在不少的卫星星系,例如,肉眼可见的大、小麦哲伦星系,它们都在绕着银河系运动。由于受到银河系的强大引力作用,离得较近的卫星星系中的恒星会被拽出来,从而产生恒星流。通过测量卫星星系以及恒星流的角动量,就能间接测出银河系的总质量,因为角动量是守恒的,所以这种方法更为可靠。结果表明,银河系的总质量大约为太阳质量的9600亿倍。随着观测数据的增加,这种测量方法的精度也会进一步提高。

参考文献

[1]Ekta Patel, Gurtina Besla, et al., Estimating the Mass of the Milky Way Using the Ensemble of Classical Satellite Galaxies, Astrophysical Journal, 2018, 857, 78.


火星一号


如果只看银河系的图片,会发现银河系就像一片烟云,这一片烟云能有多重呢?它的总质量远超出我们的想象。


我们生活在地球上,常常觉得地球都已经大得没边儿了,这个巨大的岩质星球直径就达到了12,756公里,我们开车跑一天,通常也就跑1~2个省的长度,从我国坐飞机飞到美国也需要近10个小时,地球的质量为5.965×10^24公斤,或者说是近60万亿亿吨,这主要是根据万有引力公式中引力与质量成正比,与距离的平方成反比计算出来的,知道力的大小(测量)和距离(测量)就很容易求得地球的质量,再用质量除以体积就能知道地球的平均密度为5.52克/立方厘米。第一个称量出地球质量的科学家是英国的卡文迪许,他用的就是这类的方法,当时得出的误差并不大,去年美国科学家又重新称量了地球的质量,比上面的数值略小一点,但相差不大。


然而如此巨大的地球也只是太阳系中一颗较小的行星,木星、土星、天王星和海王星都要比地球的体积和质量更大,其中木星的体积是地球的1300倍,质量是地球的318倍。

然而太阳质量和体积又比木星大了1000倍左右,太阳的体积是地球的130万倍,质量是地球的33万倍,约为1.9891×10^30千克,占了整个太阳系可见物质总质量的99.86%,它的巨大已经让人难以想象了。



然而我们的太阳又只是银河系数千亿个恒星中的一个,我们看银河系的图片就像一片烟云,太阳就是这片烟云中的一粒尘埃,太阳的质量在银河系恒星质量排名中属于中等偏上,因为银河系大部分恒星都是红矮星和黄矮星,红矮星质量在太阳的8~50%之间,黄矮星的质量在太阳的50~80%之间,但是也有很多恒星的质量是太阳的几十倍甚至上百倍,所以我们也可以说太阳的质量在银河系恒星中属于中等,那么这样看的话,银河系的总质量将是太阳的数千亿倍。


但是在这些恒星之外,还有行星卫星爱行星,小行星和彗星等,并且还有大量的星际尘埃,有些星云的质量也高达太阳的数百甚至数万倍,而且天文学家们认为可见物质只占银河系总质量的15%,另外85%是不可见的暗物质,所以银河系的物质总质量并不是那么容易计算的。

但是天文学家们还是想到了一些测量银河系质量的方法,比如通过银河系边缘恒星的质量、轨道速度、与银心的距离来计算银河系的总质量,这样计算出来的银河系总量约占太阳质量的8000-9000亿倍之间,去年又有美国天文学家认为可以用银河系的卫星星系的运行情况来计算银河系的总质量,比如距离银河系很近的大麦哲伦星系和小麦哲伦星系,都会受到银河系的强大引力作用,甚至会产生飞向银河系的恒星流,那么通过测量卫星星系以及恒星流的质量和角动量,也能间接测出银河系的总质量,而且这种方法比测量银河系外圆的恒星角动量相对更准确一些,计算结果发现银河系的总质量大约为太阳质量的9500亿倍以上,或者说接近1万亿倍,实在太大了。



由于强大的引力场会影响附近空间的物质,所以银河系也在吸引着附近的天体物质融入银河系中,天文观测发现有多个卫星星系正在银河系的引力控制下融入银河系中,因此我们也可以说银河系的质量一直是处于增加中的,所以它的质量也会越来越大。


人类的方向


银河系到底有多重?

着是比较难驾驭的话题,因为从无论测测量恒星数量的角度去统计还是太阳系以绕行银河系公转速度去统计,总会有各种局限,因为前者有银盘面上的大量尘埃遮挡,无法准确估计车核球以及受到遮挡的银盘质量,后者则是因为太阳系在距离2.6万光年的位置,似乎精度上仍然受到极大的限制!

盖亚曾经统计出11亿颗恒星的坐标,根据这些普适到整个银河系,平均误差已经控制在极小的范围内,但这种累加的方式并不适合银河系,因为银河系除了我们看得见的恒星之外,还存在这大量我们所看不到的暗物质!既然是看不到的暗物质,那么又是如何发现的呢?

因为最早在上世纪二十年代对仙女星系的观测中发现,从星系自转的速度以及与星系质量的对比上,自转速度产生的离心力则远远大于星系所能给予引力,按理来说这些位于星系边缘的天体早就应该被甩入宇宙空间,但事实上它们运行的好好的!因此天文学家怀疑有一种看不见的物质在起着这种骨架作用!

到上世纪中期观测与测量技术提升之后,对仙女星系的自转进行了精确的测量,由此发现我们观测到的物质远远低于所看不见的物质,甚至在星系中有高达85%质量的物质我们都无法被观测到!

但这反而给天文界出了一个新思路,因为随着观测技术的进步,我们逐渐发现银河系周边有很多爱星系在围绕银心公转,因为在这个尺度上,银河系的总质量将是据丁这些天体轨道参数的关键,因此终于在2018年亚利桑那大学的天文学家用这种方法对银河系的质量做了重新计算!得出的结果太阳的9600亿倍!


星辰大海路上的种花家


经常看到银河系多长,多大,直径多少,第一次看到有人问银河系多重。银河系直径(含晕)在15万光年以上,其大小可能与仙女星系相仿。约含有2500亿颗恒星,其质量大约是太阳质量的2100亿倍。

不过这个2100亿倍,算的是银河系可见物质的总量,据科学家的发现,除可见物质外,还有着暗物质与暗能量,暗物质与暗能量占据着宇宙总质量的95%,剩下的5%才是我们眼中看到的宇宙物质,星系、星云、星际尘埃云等等。所以,还无法求得银河系可见与不可见物质的总和是多少。

地球的质量是5.965×10^24kg,太阳的质量是地球质量的33万倍,而银河系可见物质质量是太阳质量的2100亿倍,那么银河系可见物质质量就是地球的69300万亿倍,还是相当夸张的哦。

宇宙又是如此的浩渺,人类可观测的宇宙大小直径都是930亿光年了,其中含有万亿个像银河系这样的星系,我们真的能够实现畅游宇宙的梦想吗?

个人浅见,欢迎评论!


科幻船坞


银河系的质量一般被认为有2000亿-4000亿个太阳质量,更精确的答案我们还不得而知。



就连我们熟知的银河系直径,由新的研究表明也,这一数值不再是10万光年,而是15万光年,但以后可能还会再变,毕竟没有人立于银河系之上真正观察过。

我们人类目前对于银河系的观察,更多的是从侧面用不同的波段“看”整个银河系。

许多细节我们掌握的都不是很精确,甚至是银河系到底有几条悬臂也一知半解。

它们都是我们获取银河系质量的重要参数,知道的参数越少,测量的结果误差自然更大。

除了这些,另一个更加棘手的问题是暗物质的存在,这些我们只有神秘的物质我们对它们的研究也才刚刚开始。

红线为理论计算恒星公转速度距离银河系中心的变化,但我们实际上的观测是白线呈现给我们,可以看到越往外,恒星公转速度并没有减下去,是什么让它们在如此高速的情况下还能不被“甩出去”?

据估计,暗物质在整个银河系中大量分布,质量可能是可见物质的几十倍,它对于维持整个银河系的稳固有这很大的作用。除了银河系之内,还有更广大的暗物质晕包围了整个银河系,如果把它们也算做银河系的一部分,关于银河系有多重,会更加的复杂。




所以这样看来,真实的银河系有多重,我们是不得而知的。


挡不住的熵增


我去年秤过,加上暗物质一起秤的,大概3.214*10∧312KG


随便说一句别当真


准确的描述市,质量多少?但要计算暗物质吗?暗物质表现出来的引力都很难计算。

银河系中大部分物质都是恒星,恒星力不是氢气就是氦气,行星的比重很小,而且真空不空,中间还有一个密度极高的黑洞。

星球都悬浮在那里,按规则转动,我们在地球上的感觉和体系去描述星系非常不合适,因为用我们的“米”、“千克”来衡量,人会有些发蒙,因为无法想象,在这个尺度上,不能思考。

我小时候在农村长大,每天晚上都看到清晰的银河,四季都能看到北斗七星的转动,北极星的孤独,天井一串项链,牛郎织女星的神话每天都在验证,可是不能拉近我和他们的距离,我知道我一生也无法到达!

思考宇宙最有意义,最烧脑子,第一次被问宇宙有多大时,我还很小,就被问到哭了,他们一直问“再外面是什么?”,对于一个小孩……,对于我们人类在宇宙面前也如同小孩!


全球部落


依人类目前科学水平,无法准确知道银河系的体积,包含星球数量及其他物质的多少和密度,因此,不知道银河系到低有多重。

不要轻信网络上的言论,说银河系有多重,那纯是瞎扯。人类目前这点小小的科学,根本就搞不清天文原理。



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