尽管科学家知道太阳和地球的质量，但对于星系来说情况就不同了。质量估计的范围很广：在低端，一些研究发现该星系的质量是太阳的几千亿倍，而最大值则超过了两万亿个太阳质量。如果星系仅由恒星组成，天文学家就会更容易完成任务。但是，一个巨大的暗物质晕吞噬了它的恒星盘，并且远远超过了它的质量。现在，对围绕我们星系运行的小星系的非凡观测得出了一个新数字。
在对银河系质量的研究中，一个小星系发挥着重要作用：狮子座 I。“狮子座 I 的价值是双重的，”加州大学尔湾分校的迈克尔·博伊兰-科尔钦说。“它既非常遥远，又移动得非常快。”于 1950 年发现，位于距银河系中心 85 万光年处，狮子座 I 是一个矮椭球星系，也是被认为围绕我们星系运行的众多星系中最遥远的。银河系的大部分暗物质晕应该适合在狮子座 I 的轨道内——也就是说，如果这个矮星系实际上在轨道上，而不仅仅是路过。
天文学家从狮子座 I 的多普勒频移中得知，它正在远离我们。如果银河系有足够的质量，它的引力就会将其保持在轨道上。此外，天文学家将能够观察狮子座 I 的运动，并利用它来推断银河系的总质量——包括其暗物质晕——到达矮星系的遥远距离。但如果银河系没有足够的质量，狮子座 I 就会飞走，其高速运动几乎不会揭示什么重要信息。
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为了推断狮子座 I 在太空中的路径，天文学家必须确定小星系的精确运动。多普勒频移揭示了狮子座 I 沿着我们视线的速度，但是没有人知道这个小星系横向移动的速度。要确定这一点，需要测量其自行运动——星系位置从一年到下一年的变化。对于附近的恒星来说，自行运动很容易测量，但对于另一个星系来说很难测量，因为遥远物体的自行运动很小。
因此，太空望远镜科学研究所的桑莫·托尼·索恩和他的同事利用哈勃太空望远镜，将狮子座 I 在 2006 年和 2011 年的位置与一百多个背景星系进行了比较。在提交给《天体物理学杂志》的工作中，索恩的团队报告成功：首次测量狮子座 I 的自行运动。
“这是一项强大的工作，”基特峰国家天文台的台长蒂莫西·比尔斯说，他没有参与这项研究。“令我感到非常惊讶的是，我们拥有能够测量如此遥远距离的自行运动的仪器。”高等研究院的天文学家斯科特·特里梅恩同意：“自行运动的测量确实是一项杰作。”
结合多普勒频移，自行运动显示狮子座 I 以每秒 200 公里的速度绕银河系运行。相比之下，这几乎与太阳绕银河系中心运行的速度一样快，即使矮星系要远得多。博伊兰-科尔钦说：“要维持如此遥远距离的相似速度，需要大量的额外质量。”
质量有多少？在一项配套研究中，博伊兰-科尔钦和他的同事模拟了银河系等巨型星系如何通过吞噬较小的星系来成长，发现像狮子座 I 一样快速移动的矮星系几乎总是与巨型星系绑定在一起，这意味着狮子座 I 是一个真正的卫星。然后他的团队推导出银河系的质量为 1.6 万亿个太阳。比尔斯评论说：“这在高端范围之内，但并非离谱。”
博伊兰-科尔钦说，银河系有 90% 的可能性是太阳质量的一万亿到 2.4 万亿倍之间。他希望哈勃望远镜能够提供另外两个遥远卫星星系——狮子座 II 和猎犬座 I——以及甚至比狮子座 I 更远的星系狮子座 T 的精确自行运动，该星系尚未绕银河系运行，但正在向它坠落。然后，他认为他可以大幅减少银河系质量的不确定性。
我们星系的准确质量对整个宇宙都有影响。“银河系是理解更遥远星系的关键，”博伊兰-科尔钦说。“因此，获得银河系的良好质量对于模拟银河系和其他星系非常重要。”
为了防止这项新工作让银河系居民过度自豪，比尔斯说：“我们仍然排名第二。”在构成本星系的几个星系中，最大的星系仍然是仙女座，比尔斯估计它的质量至少是银河系的两倍。尽管如此，大多数新的本星系恒星是在银河系而不是在其较大的邻居中形成的。