銀河系總質量是天體物理的基本參數，與很多重要天體物理問題直接相關。近日，由國家天文台王建嶺副研究員領銜的國際團隊，與巴黎天文台Francois Hammer和楊雁賓博士合作，利用蓋亞衛星最新觀測數據，結合新一代動力學建模方法，推導了銀河系重子物質與暗物質的質量分佈。
他們發現銀河系質量在5到8千億太陽質量之間，這表明銀河系比之前測量較輕。這一結果最近發表在國際期刊英國皇家月刊上（Wang et al.2022， MNRAS， 510， 2242）。
比較銀河系旋轉曲線，紅色虛線是Wang et al。（2022）銀河系旋轉曲線測量，黑色與粉色虛線是暗物質與重物質貢獻的旋轉曲線。
由於銀河系質量的重要性，在過去的幾十年裡，科學家一直在試圖精確測量銀河系質量及其分佈情況。但前人的研究結果受到多方面的限制。首先，由於觀測樣本數據較小導致了研究結果不確定性較大。其次由於缺乏高質量的6維相空間坐標，不得不採用簡單的假設條件推導銀河系質量，這導致了較大的系統誤差。近年來大規模光譜巡天以及蓋亞衛星釋放的最新動力學信息，提供了大量高質量的銀河系天體數據。現在正是研究銀河繫結構、形成與演化的黃金時期。擺在天文學家面前的首要任務是如何利用這些高質量數據研究銀河系的結構以及形成。動力學建模是研究銀河繫結構的主要工具之一。
由國家天文台王建嶺博士以及法國巴黎天文台研究人員Francois Hammer 和楊雁賓組成的國際團隊，利用新一代動力學建模方法對銀河系進行動力學建模，推導了銀河系重子物質以及暗物質的質量分佈情況。他們利用蓋亞衛星的高精度自行信息，計算了銀河系150個球狀星團的運動學信息。利用馬爾可夫鏈蒙特卡羅方法（MCMC）把盤上的旋轉曲線與球狀星團動力學信息相結合。他們採用了基於作用量分佈函數方法對銀河系進行動力學建模，克服了前人大量假設條件，從而得到更為真實的球狀星團的分佈函數，以及銀河系物質分佈情況。他們還採用了N-體數值模擬技術研究了首次經過銀河系的大麥哲倫雲的可能影響。以及利用真實的宇宙學流體動力學模擬數據研究了大量未能弛豫的子結構對測量結果影響。
他們發現銀河系總質量範圍在5到8千億太陽質量範圍，這表明我們銀河系質量較之前認為的要輕。這一輕質量銀河系對眾多天體物理問題具有影響，例如銀河系的矮星系起源問題，宇宙學丟失衛星星系問題等。
本項目得到了中法《天關》合作項目（IRP Tianguan）支持。
來源：中國科學院國家天文台