Короткий ответ

Вопрос немного двусмысленный. Если вопрос

почему скорость звезд увеличивается с расстоянием до центра галактики?

ответ

потому что их орбита охватывает большую массу, а это соответствует более сильному гравитационному притяжению.

Если вопрос

почему их скорость остается постоянной и не уменьшается на больших радиусах, где плотность звезд уменьшается?

текущий консенсусный ответ

Мы должны добавить темную материю к наблюдаемым звездам, чтобы объяснить это.

Длинный ответ

Кривая B ниже (взято из Википедии ) отображает наблюдаемую скорость звезды как функцию расстояния от галактического центра.

Кривая А соответствует ожидаемой кривой без темной материи . Как видите, за пределами заданного расстояния ожидается, что скорость уменьшится, но на самом деле она остается примерно постоянной. Первоначально темная материя постулировалась как решение этого несоответствия.

Увеличение скорости вблизи центра не зависит от наличия или отсутствия темной материи. Скорость звезды на круговой орбите радиусом$r$в галактической плоскости задается балансом центробежного ускорения и гравитации, которую он ощущает:

$$\begin{gather} \frac{v^2}r= G \frac{m(r)}{r^2}\\ v=\sqrt{ G\frac{m(r)}{r}} \end{gather}$$ куда $m(r)$это масса звезд, содержащихся в сфероиде с центром в галактическом центре радиуса $r$(см., например , здесь для более подробной информации. А затем адаптируйте его к геометрии галактики). Если $r$меньше толщины галактики, количество звезд пропорционально объему сферы, и мы ожидаем $$\begin{align} m(r)&\propto r^3& v&\propto r \end{align}$$ что согласуется с первоначальным увеличением.

Когда$r$больше толщины, если плотность звезд постоянна, то

$$\begin{align} m(r)&\propto r^2& v&\propto \sqrt r, \end{align}$$ и это по-прежнему соответствует увеличению скорости.

Когда$r$достаточно велика, плотность звезды уменьшается с$r$до точки, где$m(r)< C r$и это должно дать убывающую кривую A. С другой стороны, наблюдаемая кривая B практически постоянна, и ее можно рассматривать как измерение$m(r)\propto r$. Это не согласуется с наблюдаемым перераспределением звезд, но согласуется с присутствием темной (т.е. невидимой) материи с радиальной плотностью$\propto\frac1{r^2}$.

поскольку никто не упомянул об этом, я думаю, что было бы справедливо дать хотя бы один ответ о MOND (модифицированная ньютоновская динамика) .

По сути, кривая вращения галактики является причиной того, что темная материя была предложена в первую очередь. Тем не менее, объяснение темной материи, если на мгновение отбросить в сторону другие соображения, связанные с суперсимметричными слабо связанными партнерами, не очень удовлетворительно с научной точки зрения, поскольку это пример корректировки параметров (т. е. невидимой материи) для сохранения модели. . Подумайте о модели Солнечной системы Птоломея с постулированными эпициклическими орбитами, чтобы сохранить Землю в центре модели.

MOND как альтернативное объяснение темной материи широко дискредитировано, особенно после наблюдения гравитационного линзирования в средних областях скопления Пуля , которое предполагает, что прозрачный источник гравитации вызывает эффект линзирования.

Однако, несмотря на это, гипотеза MOND, по крайней мере, как эвристика для ретроспективного определения кривых вращения галактик, работает чрезвычайно хорошо . Гипотеза в основном говорит о том, что гравитационная связь масс становится слабее, когда ускорения падают ниже$a_0 \approx 10^{-10} m/s^2$. Исходя из этого простого предположения, он может предсказать большинство наблюдаемых в настоящее время кривых вращения галактик.

Поразительное сходство галактики и урагана.

Вам нужен DM или SMBH в урагане? Их силовое поле похоже. Ураган управляется вихрем, тогда как галактика может подвергаться воздействию такого поля, которое более важно, чем центральная сила в центре галактики? Я уверен, что есть способ.

Редактировать добавить
Я попытаюсь объяснить, почему существует вихрь:

Все изображения были взяты из outra Física CC .
В этой PSE-ссылке (антигравитация) я показываю с помощью графиков и уравнений, как пустоты должны расти из-за гравитационного поля. Вся масса, которая раньше была внутри них, теперь находится во внешней оболочке пустот.

Когда две пустоты пересекаются, мы имеем:

а поле похоже
Чтобы увидеть поле вихря нужно убрать среднее поле

Как видите, нет необходимости ни в DM, ни в SMBH. Единственное, что нужно думать, это следовать правилам физики (и много воображения моего друга Альфредо, которое позволяет мне видеть только физику как истинную природу Природы, тогда как все остальные могут объяснить только с помощью волшебной Темной Материи) .

Есть недавние новости ( arxiv и cosmiclog ), что DM, вероятно, должен иметь два разных состава/свойства, и астрономы сейчас не знают, как оправдать наблюдаемое поведение.
Конечно, можно продолжить выполнение квеста DM. Я не.

Сопротивление, которое читатели испытывают к такого рода модели, которая только следует законам гравитации, должно быть связано с тем фактом, что она требует иного начала Вселенной. Почему бы и нет? Ах, ВВ и темная энергия, скажете вы!

Тогда началом Вселенной может быть бесконечная Вселенная (или почти), однородная и с температурой = 0. Температура будет расти, вопреки нашим глубочайшим убеждениям, что это невозможно.

Если вы хотите понять яснее, прочитайте этот блог от первого до последнего сообщения (он написан на португальском языке таким образом, чтобы его мог понять любой человек), или чтобы сосредоточиться только на текущем вопросе, вы должны начать с O nascimento de uma. Bolha , пока не прибудете в As eppirais Galácticas .

А темная энергия? Вы избавились от этого, опять же с помощью моего друга Альфредо, в его статье: Самоподобная модель Вселенной раскрывает природу темной энергии . Я разместил короткое математическое доказательство его аргумента в этой ссылке PSE (являются-остаточными-массами-фундаментальных-частиц-конечно-постоянными) . Почему частицы сжимаются, создавая впечатление расширения пространства? Связанные с ними поля расширяются в пространстве, поля обладают энергией и создаются частицами. Чтобы сохранить общий энергетический баланс, они должны «сжаться». Эй, в лаборатории я не вижу этого сокращения, почему? Локально обнаружить явления невозможно, потому что лаборатория, приборы и вы сами сжимаетесь, а главное никому не нравится уменьшаться.

Я понимаю, что когда DM был «изобретен», это было всего лишь подгонка данных. У них нет модели, чтобы оправдать наблюдения, и вместо того, чтобы хорошенько подумать, они постулируют ее существование. Нужен ли ОТО в космологии, если пространство плоское arxiv-BAO-обзор ? Нет. Именно поэтому я предлагаю читателям обратить внимание на статью моих друзей и первым сказать: «Я заметил ошибку».

Когда я пошел в школу, я уже «знал», что пространство расширяется, и то же самое с вами. Это шокирует, если это «наоборот».

Самый большой враг, с которым мы сталкиваемся в поисках знаний, — это наши «укоренившиеся убеждения».

Теперь, когда я потратил свое драгоценное время, чтобы написать этот длинный ответ, я любезно прошу тех, кто голосует против, сказать, в каких именно моментах они считают, что я ошибаюсь.

Звезды в галактическом диске вращаются с почти одинаковой орбитальной скоростью 200-230 км/с вокруг галактического центра. В отличие от звездной системы, где планеты подчиняются третьему закону Кеплера. Чтобы объяснить почти постоянную орбитальную скорость звезд в галактике, мы рассчитали темную материю, которая распределена таким образом, что придает звездам почти одинаковые орбитальные скорости, что является странным совпадением.

В середине может быть двигатель, ускоряющий звезды, но такой двигатель абсурден, поскольку мы не знаем, как энергия может передаваться таким образом в таком огромном масштабе. Я просто предложил гипотетическое решение, где двойная система черных дыр в центре галактики ускоряет звезды в галактическом диске с помощью гравитационных волн. Возможно, вы захотите взглянуть на это: существует ли двойная система черных дыр в центре галактики?

Темная материя или темная энергия .

Мы вообще не знаем, что они собой представляют. Мы просто знаем, что они существуют, но, как я уже сказал, понятия не имеем.