根據(jù)目前的觀測，我們的銀河系是宇宙中比較大的星系，直徑至少有10萬光年，最大可能達到了20萬光年。在這個巨大的星系中，居住著1000億-4000億顆恒星。除了這些恒星之外，還有大量的黑洞、中子星、星際氣體或塵埃……這些物質(zhì)加在一起，到底有多重呢？銀河系的“體重”關(guān)于銀河系的質(zhì)量，一直是科學家們非常好奇的問題。想一想，光是我們上面提到的天體數(shù)量就是天文數(shù)字，而這些天體又僅僅占了銀河系質(zhì)量的一小部分。我們知道，宇宙中還有大量的暗物質(zhì)，它們有質(zhì)量，能夠產(chǎn)生引力，但是不與可見物質(zhì)有其他任何反應，因此科學家至今不知道它們的本質(zhì)是什么。而這些暗物質(zhì)又是如此重要，占據(jù)了宇宙總質(zhì)量的85%。問題在于，在不同的星系中，暗物質(zhì)所占質(zhì)量的比例又不同，因此，銀河系總質(zhì)量中有多少是暗物質(zhì)，也需要科學家們單獨觀測和計算。目前的研究結(jié)果認為，銀河系中可見物質(zhì)所占的質(zhì)量僅僅是6%，其余94%的質(zhì)量被暗物質(zhì)所占據(jù)。也就是說，在銀河系中，構(gòu)成所有這些天體的重子物質(zhì)比例遠低于宇宙的平均水平。那么，銀河系中的重子都去哪了呢？想要解決這個問題，首先就要測量銀河系的準確質(zhì)量。如果我們最終測得銀河系的質(zhì)量沒有想象中那么大，那么可見物質(zhì)所占的比例就比此前計算的結(jié)果要高，那不就正常了嗎？最近，我國科學家提出了一種新的方法，成功計算出了銀河系的質(zhì)量范圍。不識廬山真面目，只緣身在此山中這項新的研究成果，來自于中國科學院上海天文臺研究員郭福來所領(lǐng)導的科學團隊，他們利用圍繞在銀河系周圍的星系周介質(zhì)中的熱氣體暈，測量了銀河系的總質(zhì)量，并且將這個成果發(fā)表在了《天體物理學雜志快報》上。測量星系的質(zhì)量不是一件簡單的事。對于遙遠的星系，我們可以通過引力透鏡效應、或者是星系之間的運動關(guān)系來計算。而對于自己的家園銀河系，我們反倒陷入了“不識廬山真面目，只緣身在此山中”的困境。在此之前，科學家們通常會利用銀河系中恒星或者是星團的公轉(zhuǎn)速度，以及銀河系附近衛(wèi)星星系的運行狀態(tài)來進行計算?，F(xiàn)在科學家們普遍比較接受的數(shù)據(jù)，大約是太陽質(zhì)量的10000億倍。此外，也有科學家利用其他方法測量過銀河系的質(zhì)量，根據(jù)測量方法的不同，得出的數(shù)據(jù)范圍也比較廣，有的人計算出來是5000億倍太陽質(zhì)量，還有人計算結(jié)果是20000億倍太陽質(zhì)量。在能夠統(tǒng)一數(shù)據(jù)之前，科學家們恐怕還要用更多的方法來測量銀河系的質(zhì)量，直到我們真的找到答案為止。這一次，郭福來團隊采用的就是一種全新的方法，利用銀河系周圍的熱氣體暈，來給銀河系“稱體重”。銀河系熱氣體暈早在上個世紀50年代，科學家們就發(fā)現(xiàn)，銀河系的周圍可能彌散著大量的氣體物質(zhì)，而且其溫度高得驚人，可以達到數(shù)百萬攝氏度。這些氣體暈的分布范圍也極廣，遠遠超過了銀河系的尺寸，能夠延伸出數(shù)十萬光年。如此龐大的熱氣體暈，是否有可能擁有著超乎我們想象的質(zhì)量，足以解釋銀河系遺失的重子呢？因此，在最近這幾年時間里，郭福來團隊一直在思考如何利用熱氣體暈測量銀河系的質(zhì)量。他們對熱氣體暈的密度分布、空間溫度以及觀測特征等都進行了仔細的觀測，還研究了它與銀河系內(nèi)各種高能爆發(fā)現(xiàn)象之間的相互作用。結(jié)果他們發(fā)現(xiàn)，當這些熱氣體進入穩(wěn)定狀態(tài)之后，其溫度分布在最大程度上是受到銀河系總質(zhì)量的影響，銀河系質(zhì)量越大，熱氣體的溫度就越高。這意味著，通過它的溫度分布，我們就可以計算銀河系的總質(zhì)量了。“沉重”的銀河系研究團隊利用X射線太空望遠鏡觀測并記錄了熱氣體暈的溫度，然后計算了銀河系的質(zhì)量。結(jié)果表明，銀河系的總質(zhì)量大約是太陽的12000-30000億倍。這個數(shù)據(jù)基本上落在了以往的數(shù)據(jù)范圍內(nèi)，并且再一次印證了銀河系質(zhì)量在太陽10000億倍以上。這一次的研究成果，不僅為科學家提供了新的銀河系質(zhì)量測量方法和數(shù)據(jù)，還有很多重要的意義：- 首先，就像我們開篇一直在討論的重子遺失問題，隨著本次研究再一次得出銀河系質(zhì)量超過太陽10000億倍的結(jié)論，這意味著即使算上熱氣體暈，銀河系的重子質(zhì)量也遠遠沒有達到宇宙的平均水平?；蛟S這些重子隱藏在冷氣體中，或者熱氣體暈以外，又或者我們真的只能去考慮如何解釋它們因何原因而遺失的問題；
 （圖片說明：小麥哲倫星云）- 這也再一次證明了像大小麥哲倫星系以及獅子座一號矮球狀星系這樣的矮星系，都是銀河系的衛(wèi)星星系，繞著銀河系公轉(zhuǎn)并且未來有可能被銀河系吞并。只有銀河系的質(zhì)量超過太陽的10000億倍，才能夠提供足夠強大的引力束縛住這些矮星系，否則它們將會離我們而去；
- 根據(jù)現(xiàn)有的宇宙學模型，銀河系周圍應該存在著一些比大小麥哲倫星系質(zhì)量更大內(nèi)區(qū)物質(zhì)密度更高的衛(wèi)星星系。而事實是，科學家們從來也沒有觀測到這種理論上應該存在的星系，也沒有發(fā)現(xiàn)任何可能遮擋住我們視線的天體。如果銀河系質(zhì)量小于太陽的10000億倍，那么這種巨大的衛(wèi)星星系不存在就合情合理了，如今的結(jié)果出爐后，這個被稱為“大到不該失敗”的觀測結(jié)果就再一次成了懸而未決的謎題。
總之，目前來說，銀河系質(zhì)量所引發(fā)的宇宙謎題再一次被確認，我們需要更多的理論和探索才能解決這些謎題。郭福來本人也表示：這一次研究的重要成果不是為了解決這些謎題，而是提供了一種新的測量銀河系質(zhì)量的方法。就像我們前面說的，關(guān)于銀河系質(zhì)量的測量不會就此終結(jié)，科學家們還會前赴后繼地尋找新的方法。直到這個數(shù)字得到了最終的確認，我們才知道那些未解之謎是否還需要進一步去破解。
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