I ett slående exempel på multi-mission astronomi, mätningar från NASA/ESA rymdteleskop Hubble och ESA Gaia-uppdraget har kombinerats för att förbättra uppskattningen av massan av vår hemmagalax Vintergatan:1,5 biljoner solmassor.

Vintergatans massa är en av de mest grundläggande mätningarna astronomer kan göra om vårt galaktiska hem. Dock, trots årtionden av intensiva ansträngningar, även de bästa tillgängliga uppskattningarna av Vintergatans massa är helt oeniga. Nu, genom att kombinera nya data från European Space Agency (ESA) Gaia-uppdrag med observationer gjorda med NASA/ESA Hubble Space Telescope, astronomer har funnit att Vintergatan väger in omkring 1,5 biljoner solmassor inom en radie av 129 000 ljusår från det galaktiska centrumet.

Tidigare uppskattningar av Vintergatans massa varierade från 500 miljarder till 3 biljoner gånger solens massa. Denna enorma osäkerhet uppstod främst från de olika metoderna som användes för att mäta fördelningen av mörk materia – som utgör cirka 90 % av galaxens massa.

"Vi kan helt enkelt inte upptäcka mörk materia direkt, " förklarar Laura Watkins (European Southern Observatory, Tyskland), som ledde det team som utförde analysen. "Det är det som leder till den nuvarande osäkerheten i Vintergatans massa - du kan inte mäta exakt vad du inte kan se!"

Med tanke på den mörka materiens svårfångade natur, laget var tvunget att använda en smart metod för att väga Vintergatan, som förlitade sig på att mäta hastigheterna hos klothopar – täta stjärnhopar som kretsar runt galaxens spiralskiva på stora avstånd.

"Ju mer massiv en galax, desto snabbare rör sig dess kluster under dragningen av dess gravitation" förklarar N. Wyn Evans (University of Cambridge, STORBRITANNIEN). "De flesta tidigare mätningar har hittat den hastighet med vilken ett kluster närmar sig eller drar sig tillbaka från jorden, det är hastigheten längs vår siktlinje. Dock, vi kunde också mäta klustrarnas rörelse i sidled, från vilken den totala hastigheten, och följaktligen den galaktiska massan, kan beräknas."

Gruppen använde Gaias andra datasläpp som grund för sin studie. Gaia designades för att skapa en exakt tredimensionell karta över astronomiska objekt genom hela Vintergatan och för att spåra deras rörelser. Dess andra datautgivning inkluderar mätningar av klothopar så långt som 65 000 ljusår från jorden.

"Globala kluster sträcker sig ut till ett stort avstånd, så de anses vara de bästa spårämnena astronomer använder för att mäta massan av vår galax", säger Tony Sohn (Space Telescope Science Institute, USA), som ledde Hubble-mätningarna.

Teamet kombinerade dessa data med Hubbles oöverträffade känslighet och observationsarv. Observationer från Hubble tillät svaga och avlägsna klothopar, så långt som 130 000 ljusår från jorden, att läggas till studien. Eftersom Hubble har observerat några av dessa föremål i ett decennium, det var möjligt att exakt spåra hastigheterna för dessa kluster också.

"Vi hade turen att ha en så bra kombination av data, " förklarade Roeland P. van der Marel (Space Telescope Science Institute, USA). "Genom att kombinera Gaias mätningar av 34 klotformade kluster med mätningar av 12 mer avlägsna kluster från Hubble, vi skulle kunna fastställa Vintergatans massa på ett sätt som skulle vara omöjligt utan dessa två rymdteleskop."

Tills nu, Att inte veta den exakta massan av Vintergatan har varit ett problem för försök att svara på många kosmologiska frågor. Innehållet av mörk materia i en galax och dess fördelning är naturligt kopplade till bildandet och tillväxten av strukturer i universum. Att noggrant bestämma massan för Vintergatan ger oss en tydligare förståelse för var vår galax ligger i ett kosmologiskt sammanhang.