Hvor mange stjerner er det i Melkeveien?

Melkeveien Panorama Kamble

Natthimmelfotograf Amit Ashok Kamble fanget dette fantastiske panoramaet av Melkeveien over Pakiri Beach, New Zealand ved å sy 10 bilder sammen til en komplett mosaikk. Bilde sendt inn 5. mai 2014. (Bildekreditt: Amit Ashok Kamble)



Melkeveien er galaksen der jorden bor. En del av den er synlig på en klar natt fra jorden, som et tykt bånd av stjerner som strekker seg over himmelen. Vi kan se tusenvis av disse stjernene med det blotte øye, og mange flere i et teleskop. Men hvor mange stjerner er det i Melkeveien?



- Det er et overraskende vanskelig spørsmål å svare på. Du kan ikke bare sitte og telle stjerner generelt, i en galakse, sier David Kornreich, assisterende professor ved Ithaca College i New York. Han var grunnleggeren av 'Ask An Astronomer' -tjenesten ved Cornell University.

Selv i Andromeda-galaksen-som er lys, stor og relativt nær jorden, på 2,3 millioner lysår unna-er bare de største stjernene og noen få variable stjerner (særlig Cepheid-variabler) lyse nok til å skinne i teleskoper fra den avstanden. En stjerne i solstørrelse ville være for vanskelig for oss å se. Så astronomer anslår ved å bruke noen av teknikkene nedenfor.



Melkeveiens struktur

Fra observasjoner vet astronomer at Melkeveien er en sperret galakse det er omtrent 100 000 lysår på tvers. En utsikt utenfor galaksen ville avsløre en sentral bule omgitt av fire armer, to store og to mindre. Melkeveiens store armer er kjent som Perseus og Skytten. Solen ligger i en av to mindre sporer, som kalles Orion -armen.

Galaksen har også en stor varmgass-glorie rundt seg som er flere hundretusenvis av lysår i diameter. Astronomer anslår at glorie er like massiv som alle stjernene i Melkeveien. Mange av Melkeveiens stjerner er imidlertid vanskelige å se. Det er fordi midten av galaksen har en galaktisk bule fylt med stjerner, gass og støv - samt et supermassivt svart hull. Dette området er så tykt av materiale at selv kraftige teleskoper ikke kan se gjennom det. Astronomer er ikke sikre på når og hvordan bulen dannet; noen antyder at Melkeveiens tidlige historie ble endret da galaksen kolliderte med en annen.

Astronomer trodde tidligere at alle stjernene i universet befant seg inne i Melkeveien, men det endret seg på 1920 -tallet. Astronomen Edwin Hubble brukte en stjerne kalt en Cepheid -variabel for å måle avstander på himmelen. Derfra lærte astronomer at det var hele galakser i universet atskilt fra Melkeveien.



Massiv etterforskning

Den primære måten astronomer anslår stjerner i en galakse er ved å bestemme galaksens masse. Massen anslås ved å se på hvordan galaksen roterer, så vel som dens spektrum ved hjelp av spektroskopi.

Alle galakser beveger seg bort fra hverandre, og lyset deres forskyves til den røde enden av spekteret fordi dette strekker ut lysets bølgelengder. Dette kalles ' rødskift . ' I en roterende galakse vil det imidlertid være en del som er mer 'blåskiftet' fordi den delen beveger seg litt mot jorden. Astronomer må også vite hva hellingen eller orienteringen til galaksen er før de gjør et estimat, som noen ganger bare er et 'utdannet gjetning', sa Kornreich.

En teknikk som kalles 'langspaltet spektroskopi' er best for å utføre denne typen arbeid. Her ses et langstrakt objekt som en galakse gjennom en langstrakt spalte, og lyset brytes ved hjelp av en enhet som et prisme. Dette bryter opp stjernene i regnbuens farger.



Noen av disse fargene vil mangle og vise de samme 'mønstrene' for manglende deler som visse elementer i det periodiske systemet. Dette lar astronomer finne ut hvilke elementer som er i stjernene. Hver type stjerne har et unikt kjemisk fingeravtrykk som vil dukke opp i teleskoper. (Dette er grunnlaget for OBAFGKM -sekvensen astronomer bruker for å skille mellom stjernetyper.)

Enhver form for teleskop kan utføre denne typen spektroskopi. Kornreich bruker ofte 200-tommers teleskop ved Palomar-observatoriet ved California Institute of Technology, men han la til at nesten ethvert teleskop av tilstrekkelig størrelse ville være tilstrekkelig.

Det ideelle ville være å bruke et teleskop i bane fordi spredning skjer i jordens atmosfære fra lysforurensning og også fra naturhendelser - til og med noe så enkelt som en solnedgang. De Hubble romteleskop er et observatorium kjent for denne typen arbeid, la Kornreich til. Et etterfølgerobservatorium kalt James Webb Space Telescope forventes å lanseres i 2020. Utfordringen er imidlertid at Hubble er et etterspurt teleskop - og det samme forventes av Webb etter lanseringen. Så observatoriene kan ikke bruke all sin tid på å estimere galaksmassen.

Hvor mye av massen er stjerner?

Mellom forskjellige galakser med samme masse kan det være avvik om stjernetyper og totalmasse. Kornreich advarte om at dette generelt sett ville være veldig vanskelig å snakke om, men sa at en forskjell kan være å se på elliptiske galakser mot spiralgalakser som vår egen, Melkeveien . Elliptiske galakser har en tendens til å ha flere røde dvergstjerner av K- og M-typen enn spiralgalakser . Fordi elliptiske galakser er eldre, vil de ha mindre gass fordi det ble blåst bort under utviklingen.

Når en galakses masse er bestemt, er den andre vanskelige tingen å finne ut hvor mye av den massen som er laget av stjerner. Mesteparten av massen vil bestå av mørk materie, en type materie som ikke avgir lys, men som antas å utgjøre det meste av universets masse.

'Du må modellere galaksen og se om du kan forstå hva prosentandelen av stjernemassen er,' sa Kornreich. 'I en typisk galakse, hvis du måler massen ved å se på rotasjonskurven, er omtrent 90 prosent av det mørk materie.'

Med mye av de gjenværende 'tingene' i galaksen som består av diffus gass og støv, estimerte Kornreich at omtrent 3 prosent av galaksenes masse vil bestå av stjerner, men det kan variere. Videre kan størrelsen på stjernene i seg selv variere fra noe som er på størrelse med solen vår, til noe dusinvis av ganger mindre eller større. Antall stjerner er omtrent ...

Så er det noen måte å finne ut hvor mange stjerner det er? Til slutt kommer det ned til et estimat. I en beregning har Melkeveien en masse på omtrent 100 milliarder solmasser, så det er lettest å oversette det til 100 milliarder stjerner. Dette står for stjernene som ville være større eller mindre enn vår sol, og gjennomsnitt dem ut. Massen er imidlertid vanskelig å beregne - andre estimater har sagt at galaksen har en masse på mellom 400 milliarder og 700 milliarder solmasser.

Den europeiske romfartsorganisasjonens Gaia -oppdrag kartlegger lokaliseringene til omtrent 1 milliard stjerner i Melkeveien. ESA sier at Gaia vil kartlegge 1 prosent av stjernens innhold i Melkeveien , som setter estimatet av de totale stjernene i galaksen vår til 100 milliarder. Gaias mål er å lage det beste tredimensjonale kartet over Melkeveien noensinne.

Advarselen, sa Kornreich, er at disse tallene er tilnærminger. Mer avanserte modeller kan gjøre tilnærmingen mer nøyaktig, men det ville være veldig vanskelig å telle stjernene en etter en og fortelle deg sikkert hvor mange som er i galaksen.