銀河系究竟有多重？

　　遠離城市燈光，擡頭仰望星空，你會看到夜空中最令人震撼的奇迹之一——組成銀河系的璀璨星河。我們的銀河系家園廣闊而美麗，同時又萦繞着許許多多未解的謎題。銀河系的重量就是最引人關注的謎題之一。盡管天文學家進行了數十年的嘗試，但依然未能準确估計銀河系的總質量，隻能給出大緻的範圍：太陽質量的7000億倍到2萬億倍之間。

　　給銀河系稱重并非易事，特别是在我們自己還身處其中的情況下。美國亞利桑那大學的天文學家埃克塔·帕特爾(Ekta Patel)說：“這就像調查美國的人口，但你不能使用互聯網，也不能離開你居住的城市。”沒有人能站在宇宙尺度上稱量銀河系，然後讀出結果。

　　這一問題的部分難點在于，大多數星系的質量是看不見的。據估計，暗物質——一種不會發出任何光線的神秘物質——占銀河系質量的85%左右。簡單地計算銀河系中恒星的質量并不能完全解決問題。

　　因此，研究人員通常會分析某些天體的軌道。這種方法基于牛頓在300多年前推導出來的引力方程，即較小物體圍繞較大物體的速度和距離與較大物體的質量有關。2017年發表于《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)的一篇論文中使用的方法是：分析數十萬光年以外圍繞銀河的衛星星系，就像觀察圍繞恒星運轉的行星一樣。不過，這些衛星星系也存在問題，“它們的軌道長達數十億光年”，帕特爾說道。也就是說，在短短的幾年時間裡，這些星系看起來幾乎沒有移動，研究人員很難确定它們的軌道速度。

　　在2018年6月發表于《天文物理期刊》的論文中，帕特爾和她的同事嘗試了另一種稱量銀河系質量的新方法。他們研究了超級計算機對虛拟宇宙的模拟結果。虛拟宇宙可以從許多方面重現我們所處的宇宙，可以幫助天文學家找到圍繞較大星系運轉的小型星系。

　　在模拟的衛星星系中，有大約9000個星系被用來與9個真實的銀河系衛星星系進行數據對比。研究團隊挑出了那些軌道特征最接近真實衛星星系的模拟星系，分析了它們所圍繞運行的星系質量。

　　分析結果使研究人員對銀河系真實質量有了很好的估計——太陽質量的9600億倍。帕特爾指出，她的結果在此前的大多數估計值中剛好處于中間位置，但仍然有更高精度的改進空間。不久前，歐洲空間局(ESA)的蓋亞任務衛星對30個暗淡的矮星系的軌道特征進行了非常準确的測量，而這些矮星系都圍繞銀河系運行。帕特爾表示，她接下來想做的就是利用這些數據和宇宙模拟來對銀河系的質量測量結果進行微調。

　　最近，天文學家綜合了美國國家航空航天局(NASA)哈勃太空望遠鏡和歐洲空間局蓋亞任務衛星對球狀星團(在軌道上圍繞星系核心運行，很像衛星的恒星集團)的觀測結果，發現銀河系的質量約為太陽質量的1.5萬億倍。這一數字可能是迄今為止最準确的估計值之一，即将發表在近期的《天體物理期刊》(The Astrophysical Journal)上。

　　帕特爾表示，了解銀河系的質量将幫助天文學家做很多事情。例如，天文學家可以更好地計算衛星星系的軌道，因為這取決于銀河系的質量。更重的星系往往具有更多的衛星星系，而截至目前，望遠鏡已經在銀河系周圍發現了大約50個衛星星系。由于不知道銀河系的質量究竟有多大，科學家就不能确定到底能找到多少個衛星星系。最後，銀河系的真實質量将幫助研究人員了解其質量各個組成部分的比例，即有多少是暗物質，有多少是常規物質。

　　帕特爾希望未來的研究能獲得更好的數據，并最終解答這一難解的問題。“我認為在未來10年或20年内，我們會有一個更好的答案。”她說道。