儘管科學家知道太陽和地球的質量，但對於星系來說情況就不同了。質量估計的範圍很廣：在低端，一些研究發現該星系的質量是太陽的幾千億倍，而最大值則超過了兩萬億個太陽質量。如果星系僅由恆星組成，天文學家就會更容易完成任務。但是，一個巨大的暗物質暈吞噬了它的恆星盤，並且遠遠超過了它的質量。現在，對圍繞我們星系執行的小星系的非凡觀測得出了一個新數字。
在對銀河系質量的研究中，一個小星系發揮著重要作用：獅子座 I。“獅子座 I 的價值是雙重的，”加州大學爾灣分校的邁克爾·博伊蘭-科爾欽說。“它既非常遙遠，又移動得非常快。”於 1950 年發現，位於距銀河系中心 85 萬光年處，獅子座 I 是一個矮橢球星系，也是被認為圍繞我們星系執行的眾多星系中最遙遠的。銀河系的大部分暗物質暈應該適合在獅子座 I 的軌道內——也就是說，如果這個矮星系實際上在軌道上，而不僅僅是路過。
天文學家從獅子座 I 的多普勒頻移中得知，它正在遠離我們。如果銀河系有足夠的質量，它的引力就會將其保持在軌道上。此外，天文學家將能夠觀察獅子座 I 的運動，並利用它來推斷銀河系的總質量——包括其暗物質暈——到達矮星系的遙遠距離。但如果銀河系沒有足夠的質量，獅子座 I 就會飛走，其高速運動幾乎不會揭示什麼重要資訊。
關於支援科學新聞
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道： 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保關於塑造我們當今世界的發現和想法的具有影響力的故事的未來。
為了推斷獅子座 I 在太空中的路徑，天文學家必須確定小星系的精確運動。多普勒頻移揭示了獅子座 I 沿著我們視線的速度，但是沒有人知道這個小星系橫向移動的速度。要確定這一點，需要測量其自行運動——星系位置從一年到下一年的變化。對於附近的恆星來說，自行運動很容易測量，但對於另一個星系來說很難測量，因為遙遠物體的自行運動很小。
因此，太空望遠鏡科學研究所的桑莫·託尼·索恩和他的同事利用哈勃太空望遠鏡，將獅子座 I 在 2006 年和 2011 年的位置與一百多個背景星系進行了比較。在提交給《天體物理學雜誌》的工作中，索恩的團隊報告成功：首次測量獅子座 I 的自行運動。
“這是一項強大的工作，”基特峰國家天文臺的臺長蒂莫西·比爾斯說，他沒有參與這項研究。“令我感到非常驚訝的是，我們擁有能夠測量如此遙遠距離的自行運動的儀器。”高等研究院的天文學家斯科特·特里梅恩同意：“自行運動的測量確實是一項傑作。”
結合多普勒頻移，自行運動顯示獅子座 I 以每秒 200 公里的速度繞銀河系執行。相比之下，這幾乎與太陽繞銀河系中心執行的速度一樣快，即使矮星系要遠得多。博伊蘭-科爾欽說：“要維持如此遙遠距離的相似速度，需要大量的額外質量。”
質量有多少？在一項配套研究中，博伊蘭-科爾欽和他的同事模擬了銀河系等巨型星系如何透過吞噬較小的星系來成長，發現像獅子座 I 一樣快速移動的矮星系幾乎總是與巨型星系繫結在一起，這意味著獅子座 I 是一個真正的衛星。然後他的團隊推匯出銀河系的質量為 1.6 萬億個太陽。比爾斯評論說：“這在高階範圍之內，但並非離譜。”
博伊蘭-科爾欽說，銀河系有 90% 的可能性是太陽質量的一萬億到 2.4 萬億倍之間。他希望哈勃望遠鏡能夠提供另外兩個遙遠衛星星系——獅子座 II 和獵犬座 I——以及甚至比獅子座 I 更遠的星系獅子座 T 的精確自行運動，該星系尚未繞銀河系執行，但正在向它墜落。然後，他認為他可以大幅減少銀河系質量的不確定性。
我們星系的準確質量對整個宇宙都有影響。“銀河系是理解更遙遠星系的關鍵，”博伊蘭-科爾欽說。“因此，獲得銀河系的良好質量對於模擬銀河系和其他星系非常重要。”
為了防止這項新工作讓銀河系居民過度自豪，比爾斯說：“我們仍然排名第二。”在構成本星系的幾個星系中，最大的星系仍然是仙女座，比爾斯估計它的質量至少是銀河系的兩倍。儘管如此，大多數新的本星系恆星是在銀河系而不是在其較大的鄰居中形成的。