银河系究竟有多重？

远离城市的灯光，仰望星空，你会看到夜空中最令人震惊的奇迹之一——构成银河系的令人眼花缭乱的银河系。我们的银河系家园是广阔而美丽的，同时它被许多未解之谜所困扰。银河系的重量是最有趣的谜题之一。尽管天文学家已经尝试了几十年，但他们仍然无法准确估计银河系的总质量，只能给出一个大致的范围:太阳质量的7000亿到2万亿倍。

测量银河系的重量并不容易，尤其是当我们还在其中的时候。亚利桑那大学的天文学家埃克塔·帕特尔说:“这就像调查美国的人口，但是你不能使用互联网或者离开你的城市。”没有人能在宇宙尺度上称出银河系的重量，然后读出结果。

这个问题的部分困难在于大多数星系的质量是看不见的。据估计，暗物质，一种不发光的神秘物质，约占银河系质量的85%。简单地计算银河系中恒星的质量并不能完全解决这个问题。

因此，研究人员通常会分析一些天体的轨道。这种方法是基于300多年前推导出的牛顿引力方程，也就是说，较小的物体围绕较大物体的速度和距离与较大物体的质量有关。2017年发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文中使用的方法是分析数十万光年之外的银河系周围的卫星星系，就像观察围绕恒星运行的行星一样。然而，这些卫星星系也有问题，“它们的轨道长达数十亿光年，”帕特尔说。换句话说，在短短几年内，这些星系似乎几乎没有移动，这使得研究人员很难确定它们的轨道速度。

在2018年6月发表在《天体物理学杂志》上的一篇论文中，帕特尔和她的同事尝试了另一种测量银河系质量的新方法。他们研究了超级计算机模拟虚拟宇宙的结果。虚拟宇宙可以以多种方式重现我们的宇宙，并帮助天文学家找到围绕较大星系运行的小星系。

在模拟的卫星星系中，大约9000个星系被用来与9个真实的银河系卫星星系进行数据比较。研究小组挑选了轨道特征最接近真实卫星星系的模拟星系，并分析了它们环绕的星系质量。

分析结果使研究人员能够很好地估计银河系的真实质量——9600亿倍于太阳的质量。帕特尔指出，她的结果只是之前大多数估计的中间值，但仍有提高精确度的空间。不久前，欧洲航天局(欧空局)的盖亚任务卫星非常精确地测量了30个暗矮星系的轨道特征，这些星系都围绕银河系运行。帕特尔说，她下一步想做的是利用这些数据和宇宙模拟来微调银河系的质量测量。

最近，天文学家将美国宇航局的哈勃太空望远镜和欧洲航天局的盖亚任务卫星对球状星团(围绕银河系核心运行的星团，很像卫星)的观测结合起来，发现银河系的质量大约是太阳的1.5万亿倍。这个数字可能是迄今为止最准确的估计之一，并将发表在最近的《天体物理杂志》上。

帕特尔说，了解银河系的质量将有助于天文学家做许多事情。例如，天文学家可以更好地计算卫星星系的轨道，因为它取决于银河系的质量。较重的星系通常有更多的卫星星系，到目前为止，望远镜已经在银河系周围发现了大约50个卫星星系。科学家不确定能找到多少个卫星星系，因为他们不知道银河系有多大。最后，银河系的真实质量将有助于研究人员了解其质量的每个组成部分的比例，即暗物质和常规物质的比例。

帕特尔希望未来的研究能够获得更好的数据，并最终解决这个难题。“我认为，在未来10年或20年，我们会有一个更好的答案。”她说。