发布单位： 台北市立天文科学教育馆
如何量称一个星系？ 这是一个天文学上的挑战 ，特别是称之为家的星系 。事实证明 ，有几种方法可以处理银河系的质量 ，最近发表在 arXiv 预印本网站上的一项研究总结了这些方法 ，以提供最佳的答案 。
图说： 艺术家描绘的银河系 （Credit: Andrew Z. Colvin） 。
一种方法是观察星系中恒星的运动 。大多数银河系的恒星以圆形轨道围绕银河系中心运行 ，如同行星绕着太阳转一样 ，恒星也绕着星系中心旋转 。由于引力是使恒星保持在轨道上的力量 ，可用恒星的速度和离星系中心的距离来确定其轨道内的质量 。接着可以画出已知恒星的速度和离中心的距离 ，得到所谓的旋转曲线 （rotation curve） 。在银河系和其他星系中对这条曲线的测量是第一个证明星系的质量远远超过可见恒星所能解释的证据 ，从而导致了暗物质的概念 。
旋转曲线法的一个问题是 ，我们只能测量离星系中心一定距离的恒星 。我们现在知道 ，银河系的大部分质量并不集中在中心 ，而是向外延伸成一个银晕 （galactic halo） 。我们可以从旋转曲线估计银晕的质量 ，但也可以观察球状星团的运动 。球状星团是明亮密集的星团 ，由于其内的恒星受到引力的束缚 ，这些星团就像一个单一的物体一样在星系周围运动 。它们位于银河系周围的球体中 ，因此测量它们的运动有助于测量银晕的质量 。
为了测量银晕的外围区域 ，可以观察卫星星系的运动 ，比如麦哲伦星云 。在距离银河系 140 万光年内 ，大约有 60 个小星系 。由于它们位于银晕之外 ，其轨道运动是由银河系的质量决定 。这种方法唯一的缺点是 ，只有几十个轨道星系 ，结果不是特别准确 。
以上这些方法都是通过轨道运动来计算银河系的质量 。然而有一些方法不依赖于轨道运动 ，例如观察矮星系的潮汐流 （tidal plumes） 。有一些球状星团和矮星系离银河系的中心区域太近 ，被潮汐力撕裂了 。这些星系的残余物形成了恒星流 ，如人马座流 （Sagittarius stream） 。借由计算这些恒星流的运动 ，可以估计星系的质量 。
另一种方法是观察离开银河系的恒星 。偶尔一颗恒星会与另一颗恒星擦肩而过 ，从而获得足够的速度逃离我们的星系 。由于逃逸速度取决于星系的质量 ，对逃逸恒星的统计测量给出了星系的质量 。
最后 ，可以查看本地的星系群 ，包括仙女座星系及其卫星星系 。本星系群在引力作用下与更遥远的星系团隔离 ，所以观察本星系群的平衡状态可以了解它的整体质量和银河系的质量 。
每种方法都有其优劣性 ，研究小组对各种方法进行了统计平均 ，得出银河系质量的最佳值为 1 兆太阳质量 。 （编译/台北天文馆吴典谚）
资料来源： Phys.org