遠(yuǎn)離城市燈光，抬頭仰望星空，你會(huì)看到夜空中最令人震撼的奇跡之一——組成銀河系的璀璨星河。我們的銀河系家園廣闊而美麗，同時(shí)又縈繞著許許多多未解的謎題。銀河系的重量就是最引人關(guān)注的謎題之一。盡管天文學(xué)家進(jìn)行了數(shù)十年的嘗試，但依然未能準(zhǔn)確估計(jì)銀河系的總質(zhì)量，只能給出大致的范圍：太陽(yáng)質(zhì)量的7000億倍到2萬(wàn)億倍之間。

　　給銀河系稱重并非易事，特別是在我們自己還身處其中的情況下。美國(guó)亞利桑那大學(xué)的天文學(xué)家埃克塔·帕特爾(Ekta Patel)說(shuō)：“這就像調(diào)查美國(guó)的人口，但你不能使用互聯(lián)網(wǎng)，也不能離開(kāi)你居住的城市。”沒(méi)有人能站在宇宙尺度上稱量銀河系，然后讀出結(jié)果。

　　這一問(wèn)題的部分難點(diǎn)在于，大多數(shù)星系的質(zhì)量是看不見(jiàn)的。據(jù)估計(jì)，暗物質(zhì)——一種不會(huì)發(fā)出任何光線的神秘物質(zhì)——占銀河系質(zhì)量的85%左右。簡(jiǎn)單地計(jì)算銀河系中恒星的質(zhì)量并不能完全解決問(wèn)題。

　　因此，研究人員通常會(huì)分析某些天體的軌道。這種方法基于牛頓在300多年前推導(dǎo)出來(lái)的引力方程，即較小物體圍繞較大物體的速度和距離與較大物體的質(zhì)量有關(guān)。2017年發(fā)表于《天文物理期刊》(The Astrophysical Journal)的一篇論文中使用的方法是：分析數(shù)十萬(wàn)光年以外圍繞銀河的衛(wèi)星星系，就像觀察圍繞恒星運(yùn)轉(zhuǎn)的行星一樣。不過(guò)，這些衛(wèi)星星系也存在問(wèn)題，“它們的軌道長(zhǎng)達(dá)數(shù)十億光年”，帕特爾說(shuō)道。也就是說(shuō)，在短短的幾年時(shí)間里，這些星系看起來(lái)幾乎沒(méi)有移動(dòng)，研究人員很難確定它們的軌道速度。

　　在2018年6月發(fā)表于《天文物理期刊》的論文中，帕特爾和她的同事嘗試了另一種稱量銀河系質(zhì)量的新方法。他們研究了超級(jí)計(jì)算機(jī)對(duì)虛擬宇宙的模擬結(jié)果。虛擬宇宙可以從許多方面重現(xiàn)我們所處的宇宙，可以幫助天文學(xué)家找到圍繞較大星系運(yùn)轉(zhuǎn)的小型星系。

　　在模擬的衛(wèi)星星系中，有大約9000個(gè)星系被用來(lái)與9個(gè)真實(shí)的銀河系衛(wèi)星星系進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比。研究團(tuán)隊(duì)挑出了那些軌道特征最接近真實(shí)衛(wèi)星星系的模擬星系，分析了它們所圍繞運(yùn)行的星系質(zhì)量。

　　分析結(jié)果使研究人員對(duì)銀河系真實(shí)質(zhì)量有了很好的估計(jì)——太陽(yáng)質(zhì)量的9600億倍。帕特爾指出，她的結(jié)果在此前的大多數(shù)估計(jì)值中剛好處于中間位置，但仍然有更高精度的改進(jìn)空間。不久前，歐洲空間局(ESA)的蓋亞任務(wù)衛(wèi)星對(duì)30個(gè)暗淡的矮星系的軌道特征進(jìn)行了非常準(zhǔn)確的測(cè)量，而這些矮星系都圍繞銀河系運(yùn)行。帕特爾表示，她接下來(lái)想做的就是利用這些數(shù)據(jù)和宇宙模擬來(lái)對(duì)銀河系的質(zhì)量測(cè)量結(jié)果進(jìn)行微調(diào)。

　　最近，天文學(xué)家綜合了美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)哈勃太空望遠(yuǎn)鏡和歐洲空間局蓋亞任務(wù)衛(wèi)星對(duì)球狀星團(tuán)(在軌道上圍繞星系核心運(yùn)行，很像衛(wèi)星的恒星集團(tuán))的觀測(cè)結(jié)果，發(fā)現(xiàn)銀河系的質(zhì)量約為太陽(yáng)質(zhì)量的1.5萬(wàn)億倍。這一數(shù)字可能是迄今為止最準(zhǔn)確的估計(jì)值之一，即將發(fā)表在近期的《天體物理期刊》(The Astrophysical Journal)上。

　　帕特爾表示，了解銀河系的質(zhì)量將幫助天文學(xué)家做很多事情。例如，天文學(xué)家可以更好地計(jì)算衛(wèi)星星系的軌道，因?yàn)檫@取決于銀河系的質(zhì)量。更重的星系往往具有更多的衛(wèi)星星系，而截至目前，望遠(yuǎn)鏡已經(jīng)在銀河系周圍發(fā)現(xiàn)了大約50個(gè)衛(wèi)星星系。由于不知道銀河系的質(zhì)量究竟有多大，科學(xué)家就不能確定到底能找到多少個(gè)衛(wèi)星星系。最后，銀河系的真實(shí)質(zhì)量將幫助研究人員了解其質(zhì)量各個(gè)組成部分的比例，即有多少是暗物質(zhì)，有多少是常規(guī)物質(zhì)。

　　帕特爾希望未來(lái)的研究能獲得更好的數(shù)據(jù)，并最終解答這一難解的問(wèn)題。“我認(rèn)為在未來(lái)10年或20年內(nèi)，我們會(huì)有一個(gè)更好的答案。”她說(shuō)道。