如何测出宇宙的质量?(2/2)

但是其他恒星和太阳不一样啊

根据观测一些双星系统、有行星的恒星系中,天体的轨道、速率、周期等,可以算出这颗恒星的质量

但不是每颗恒星都能这么算啊

观测到一定数量的恒星的质量后,就可以得到一个规律,它描述的是质量与光度之间的关系,将它们挂钩在一起的就是恒星的光谱——比如,处于主星序的恒星质量越大温度越高,光谱类型也有相应的特征——这样,分析一颗恒星的光谱,用测到的亮度结合算出的距离推出绝对亮度,再按照上述规律反演,就可以算出一颗恒星的质量

于是就得到所有恒星的质量了吗?

不是,因为我们能看到的几乎所有恒星都处于银河系内,而银河系中大部分恒星我们是看不见的(被银河本身挡住的处于另一侧的部分),所以要确定银河系的结构。一是根据观测来绘出可见部分的恒星分布,二是观测河外星系的形态来反推银河系。于是得到了银河的大致形态,是一个旋涡星系

这样就得到了可见部分的质量

我们可以看到的部分约占银河系的40%,这个比例足够大,所以可以用它的特征去推整个银河系的特征,于是我们知道银河系中70%都是太阳这样(甚至更弱)的恒星,剩下30%大部分是大质量恒星、中子星、黑洞,及相当数量的褐矮星,(还有数不尽的行星、碎石块、星云等但它们的质量可以忽略不计),于是就得到了可见物质的质量

于是就得到了银河系的质量了吗?

不是。通过观测不同距离的恒星的绕银心公转速率可知,仅靠可见物质不足以维持大部分恒星绕银心公转,计算可知暗物质占有相当大的比例;通过观测银河系星簇中一些矮星系向银河系掉落的速度可知,仅靠可见物质不可能让它们达到这样的加速度;一些被甩出银河的恒星也可以提供数据。综合很多观测和计算,暗物质占银河系质量的7成以上。算上它们的质量,才能得到银河系的总质量

然后就可以拿银河的特征去算河外星系的质量

和根据规律去推恒星质量一样,拿到了银河的数据,就可以去观测河外星系的总光度、光谱成分、尺寸、附近矮星系的绕行速度等,算出一个河外星系的大致质量

难道要每个星系都算一遍?

当然不行,全宇宙有数千亿个星系呢。但是经过相当的观测后,可以认为星系的分布基本是各向同性的,向东看能看到100个星系的话,向西看也能看到100个,并且不同类型比例都差不多。所以未统计区域的质量就可以根据已知区域的情况去推算。这样可以得到所有可见物质的总质量

那么暗物质呢?

这就需要涉及到宇宙加速膨胀的问题了。假定使空间扩张的能量叫做暗能量,而可见物质质量已知,那么计算扩张的速度等(具体我也不知道要算哪些啦)就可以得到暗物质的大致质量。现今测到的结果,是暗能量占73%,暗物质占23%,普通物质则只有不到4%

最终结果呢?

10^53kg,这是一个估值