Как мы можем узнать кривую скорости за предельным радиусом видимой материи в галактике?

Я пытаюсь понять типичное объяснение необходимости гало темной материи в галактиках. Скорость вращения звезд вокруг центра галактики кажется постоянной за пределами определенного радиуса. Предполагая, что мы можем использовать

в ( р ) "=" г М ( р ) р ,

где М ( р ) это масса галактики, заключенной в пределах радиуса р , кажется, нам нужно М ( р ) ∝ р чтобы скорость была постоянной. Предполагая, что мы можем использовать М ( р ) "=" 4 3 π р 3 р ( р ) , это требует р ( р ) ∝ 1 / р 2 . Ниже приведено изображение профиля поверхностной плотности галактики NGC 3198. Предположим, что профиль объемной плотности выглядит аналогично, и его можно смоделировать как 1 / р 2 . Это сделало бы поведение с постоянной скоростью правдоподобным без необходимости в темной материи.

введите описание изображения здесь

Проблема возникает из-за того, что видимое вещество (звезды, газ) в галактиках имеет радиус отсечки р видимый прошлого которого практически нет. Мы не получаем никакой светимости от областей, расположенных на р > р видимый . Тогда утверждается, что кривая скорости остается постоянной после р видимый , и, следовательно, масса галактики должна линейно возрастать с радиусом. Эта дополнительная невидимая масса приводит к постулату о том, что галактики окружены ореолом темной материи радиусом р темный > р видимый .

Мой вопрос в том, как мы можем знать, что кривая скорости все еще постоянна для р > р видимый если мы не можем обнаружить ничего, исходящего из такой внешней области?

Ответы (2)

Действительно, поначалу это может сбивать с толку. Кривая скорости измеряется с использованием различных объектов-трассеров, наиболее очевидными из которых являются звезды и водородные облака. Водородные облака можно найти далеко за пределами сияния звезд. В качестве конкретного (и красивого) примера я немного изменил рисунок 3 из этой статьи:

введите описание изображения здесь

Это галактика Мессье 74. Слева вы видите интегрированную карту водорода (HI) из обзора THINGS. Справа в том же масштабе оптическое изображение из обзора DSS. Ясно, что то, что мы видим со звездами, — это всего лишь небольшая часть галактики.

Ваш расчет дает хорошую первую оценку того, чего ожидать, но он верен только для сферически-симметричного распределения. Напротив, мы наблюдаем, что и звезды, и водородные облака ограничены относительно тонким диском. Таким образом, ни звезды, ни водородные облака не могут объяснить наблюдаемую плоскую кривую вращения.

Кстати, действительно простой М ( р ) ∝ р дает правильную постоянную скорость вращения, как видно из вашего первого уравнения. Это массовое распределение изотермического гало. Такое распределение согласуется с тем, что вы ожидаете, например, от моделирования формирования структуры. Взятые вместе, это еще одна непротиворечивая часть головоломки доказательств темной материи.

Ясно, что кривая вращения не может быть измерена за пределами точки, в которой не видно никакого видимого вещества.

Измерения скорости вращения могут производиться по облакам газообразного водорода, далеким планетарным туманностям или шаровым скоплениям и галактикам-спутникам. Эти объекты настолько редки, что вносят незначительный вклад в массу Галактики.

Темная материя не начинается на каком-то радиусе, а нормальная материя не заканчивается резко на каком-то радиусе.

Поверхностная плотность не является объемной плотностью и имеет разные единицы измерения.

Скорость в кеплеровском диске, который может быть подходящей моделью для дисковой галактики, не зависит от радиуса, поскольку в ∝ р − 1 / 2 , так как это предполагает сферически-симметричное распределение массы. Таким образом, если вы хотите избежать темной материи (вы не можете с ньютоновской гравитацией), вам следует начать со сравнения с самосогласованной моделью поля скоростей в соответствии с распределением видимой массы.

Да это все имеет смысл. Как вы можете видеть, в моем вопросе много «давайте предположим» просто ради аргумента. И я понимаю, что во многих отношениях это ведет по ложному пути. Меня просто заинтриговал следующий абзац здесь: w.astro.berkeley.edu/~mwhite/darkmatter/rotcurve.html
Первый настоящий сюрприз в изучении темной материи был обнаружен в самых отдаленных частях галактик, известных как гало галактик. Здесь есть незначительная светимость, но есть случайные орбитальные газовые облака, которые позволяют измерять скорости вращения и расстояния. Обнаружено, что скорость вращения не уменьшается с увеличением расстояния от центра галактики, что означает, что распределение массы галактики не может быть сконцентрировано, как распределение света.
Масса должна продолжать увеличиваться: поскольку скорость вращения удовлетворяет условию v^2=GM/r, где M — масса в пределах радиуса r, мы заключаем, что M увеличивается пропорционально r. Этот рост, по-видимому, останавливается примерно на 50 кпк, где ореолы кажутся усеченными.
Я был заинтригован тем фактом, что мы могли полагаться на измерения скорости случайных орбитальных газовых облаков во внешних областях галактического диска, что показалось мне немного сомнительным.
@ Luismi98 Как вы думаете, почему случайные газовые облака, находящиеся на орбите, подчиняются другим физическим законам? Как я уже сказал, есть планетарные туманности (которые являются особенно точными индикаторами скорости), шаровые скопления и галактики-спутники в гало.
Потому что, если они время от времени вращаются вокруг, кажется, будто они попали туда случайно, а затем снова уходят. Похоже, их скорость не может быть хорошей в том смысле, что Ф сила тяжести ≠ Ф центростремительный .
#Luismi98 это просто элементарная физика, которую вы не понимаете. Центростремительная сила - это гравитационная сила! И в вашей ссылке написано "иногда", а не от случая к случаю.
Как мы можем узнать кривую скорости за предельным радиусом видимой материи в галактике?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v