Det är ett problem med galaktisk komplexitet, men forskare närmar sig att noggrant mäta Vintergatans massa.

I den senaste av en serie artiklar som kan ha bredare konsekvenser för astronomiområdet, McMaster astrofysiker Gwendolyn Eadie, arbeta med sin doktorandhandledare William Harris och med en statistiker från Queen's University, Aaron Springford, har förfinat Eadie och Harris egen metod för att mäta massan av den galax som är hem för vårt solsystem.

Det korta svaret, med den förfinade metoden, är mellan 4,0 X 10 ¹¹ och 5,8 X 10 ¹¹ solmassor. I enklare termer, det handlar om massan av vår sol, multiplicerat med 400 till 580 miljarder. Solen, för protokollet, har en massa på två nonmiljoner (det är 2 följt av 30 nollor) kilogram, eller 330, 000 gånger jordens massa. Denna galaktiska massuppskattning inkluderar materia ut till 125 kiloparsecs från centrum av galaxen (125 kiloparsecs är nästan 4 x 10 ¹⁸ kilometer). När massuppskattningen utökas till 300kpc, massan är ungefär 9 X 10 ¹¹ solmassor.

Mäter massan av vår hemgalax, eller vilken galax som helst, är särskilt svårt. En galax inkluderar inte bara stjärnor, planeter, månar, gaser, damm och andra föremål och material, men också en stor portion mörk materia, en mystisk och osynlig form av materia som ännu inte är helt förstådd och som inte direkt har upptäckts i labbet. Astronomer och kosmologer, dock, kan sluta sig till närvaron av mörk materia genom dess gravitationsinflytande på synliga föremål.

Eadie, en doktorand i fysik och astronomi vid McMaster University, har studerat Vintergatans massa och dess mörka materia komponent sedan hon började forskarskolan. Hon använder hastigheterna och positionerna för klotformade stjärnhopar som kretsar runt Vintergatan. Omloppsbanorna för klothopar bestäms av galaxens gravitation, som dikteras av dess massiva mörka materiakomponent.

Tidigare, Eadie hade utvecklat en teknik för att använda globular cluster (GC) hastigheter, även när uppgifterna var ofullständiga.

Den totala hastigheten för en GC måste mätas i två riktningar:en längs vår siktlinje, och en över himlens plan, kallas den riktiga rörelsen. Forskare har ännu inte mätt de korrekta rörelserna för alla GC runt Vintergatan. Eadie, dock, hade tidigare utvecklat ett sätt att använda dessa hastigheter som bara är delvis kända, utöver de hastigheter som är fullt kända, för att uppskatta galaxens massa.

Nu, Eadie har använt en statistisk metod som kallas en hierarkisk Bayesiansk analys som inte bara inkluderar fullständiga och ofullständiga data, men inkluderar också mätosäkerheter i en extremt komplex men mer komplett statistisk formel. För att göra den senaste beräkningen, författarna tog hänsyn till att data bara är mätningar av klothoparnas positioner och hastigheter och inte nödvändigtvis de sanna värdena. De behandlar nu de sanna positionerna och hastigheterna som parametrar i modellen (vilket innebar att 572 nya parametrar lades till den befintliga metoden).

Bayesianska statistiska metoder är inte nya, men deras tillämpning på astronomi är fortfarande i ett tidigt skede, och Eadie tror att deras förmåga att hantera osäkerhet samtidigt som de ger meningsfulla resultat öppnar många nya möjligheter inom området.

"När Big Datas era närmar sig, Jag tycker att det är viktigt att vi funderar noga över de statistiska metoder vi använder i dataanalys, speciellt inom astronomi, där uppgifterna kan vara ofullständiga och ha olika grader av osäkerhet, " hon säger.

Bayesianska hierarkier har varit användbara inom andra områden men har precis börjat tillämpas inom astronomi, Eadie förklarade.