Какова масса межзвездной окрестности Солнца?

Вам не нужно гадать, чтобы найти ответ.

Что вы делаете, так это смотрите на динамику звезд относительно галактической плоскости - в частности, дисперсии скоростей звезд с известными расстояниями от плоскости в сочетании с разумной оценкой того, где находится Солнце относительно плоскости (близко) , дает практически независимую от модели оценку плотности массы в диске нашей Галактики в окрестности Солнца.

Эта работа была выполнена с использованием каталога Hipparcos Creze et al. (1998) . Они обнаружили, что локальная плотность массы (всех форм материи) в галактическом диске была$0.076 \pm 0.015 M_{\odot}/pc^3$.

Таким образом, в пределах 50 световых лет (15,3 пк), поскольку высота экспоненциального масштаба галактического диска намного больше этой (около 100-200 пк), мы можем предположить постоянную плотность и получить полную массу в окрестности Солнца$1100\pm 200\ M_{\odot}$.

Эта масса почти совместима с общей массой звезд, белых карликов, нейтронных звезд, коричневых карликов и газа межзвездной среды. Например, согласно Chabrier (2001) , общая плотность массы почти приходится на 60 % звезд главной последовательности плюс белые карлики и нейтронные звезды, около 5 % коричневых карликов и 30 % газа, поэтому вклад темных материи в локальной плотности диска, вероятно, очень мало . Темная материя не распределяется так же, как обычная материя; он не схлопнулся в диск, потому что он без диссипации и, вероятно, существует в сферическом гало. Таким образом, это соответствие между локальной плотностью барионной материи и полной плотностью массы не является аргументом против гипотезы темной материи .

РЕДАКТИРОВАТЬ: я нашел несколько оценок локальной плотности темной материи, которые используют кинематику местных звезд в качестве ограничения. Диапазон указанных плотностей составляет от 0,008 до 0,02.$M_{\odot}$/ПК$^3$( Бови и Тремейн, 2012 ; Гарбари и др., 2012 ), т.е. мало по сравнению с вкладом звезд и газа.

Очень приблизительно:$3.5 \times 10^{33}kg$, или 1800 солнечных масс.

Вот как я пришел к этому числу, это очень грубое приближение.

Основными массовыми компонентами галактики являются звезды, межзвездная среда и темная материя.

Согласно базе данных HYG , в пределах 50 световых лет от Земли находится около 1000 звезд. Средняя масса звезды составляет 0,2 массы Солнца (спасибо Робу Джеффрису в комментариях), где масса Солнца составляет около$M_\odot \approx 2 \times 10^{30} kg$. Это дает нам$4\times 10^{32} kg$звезд поблизости.

Межзвездная среда (МЗС) состоит в основном из атомарного водорода и имеет среднюю плотность 1 протон на кубический сантиметр, хотя она может сильно различаться в разных частях галактики. Протон весит$1.6 \times 10^{-27} kg$, так что 50-световая сфера «среднего» ISM будет весить около$7 \times 10^{32}kg$. Мы можем сделать немного лучше, чем это, хотя. Наша солнечная система живет в местном пуху , который представляет собой облако в местном пузыре . Местный пух имеет радиус около 15 световых лет и плотность 0,3 атома на кубический сантиметр. Местный пузырь имеет диаметр около 150 световых лет и плотность всего 0,05 атома на кубический сантиметр. Вместо этого, используя эти цифры, мы получаем приблизительную массу ISM$4 \times 10^{31} kg$.

Это на порядок меньше вклада звезд, и наша оценка звезд может легко ошибиться более чем на 10%, поэтому давайте ошибемся в большую сторону и скажем, что общая масса звезд + МСМ равна$5 \times 10^{32}kg$.

Мы не знаем, сколько именно темной материи находится в галактике, но если это соответствует среднему космологическому показателю, то темной материи примерно в шесть раз больше, чем барионной. Если это верно локально, то примерно$3\times 10^{33}kg$темной материи поблизости.

Таким образом, приблизительная оценка говорит о том, что около$3.5 \times 10^{33}kg$массы в пределах 50 световых лет от нас. Это эквивалентно 1800 солнечным массам, или$2 \times 10^{60}$протоны!