Cosmology-spiral-galaxy-rotation-curves
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宇宙論-渦巻銀河回転曲線
この章では、渦巻銀河の回転曲線と暗黒物質の証拠について説明します。
暗黒物質と暗黒物質に関する観測事実
- 暗黒物質の初期の証拠は、*渦巻銀河の運動学*の研究でした。
- 太陽は、私たちの銀河の中心から30,000光年オフセットされています。 銀河中心の速度は220 km/sです。
- なぜ速度が220 km/sで100 km/sや500 km/sではないのですか？ オブジェクトの円運動を支配するのは何ですか？
- 半径内に囲まれた質量は、宇宙の速度を検出するのに役立ちます。
天の川または渦巻銀河の回転–差動回転
- *角速度*は、中心からの距離によって異なります。
- 軌道時間は中心からの距離に依存します。
- 銀河中心に近い物質は期間が短く、銀河中心から遠く離れた物質は期間が長い。
回転曲線
- *銀河中心半径*で速度の変化を予測します。 速度を与える曲線は、軌道半径とともに変化します。
- 物事が動くのを見ると、回転に影響を与えるのは重力だと思います。
- 質量分布は半径によって異なります。 物質密度は回転曲線を予測します。 半径に応じて変化する物質密度に基づく回転曲線。
表面輝度
- パッチを選択して、どれだけの光が出ているかを確認します。
- パッチからの光の量は、表面輝度と呼ばれます。
- その単位は mag/arcsec ^ 2 ^ です。
- 半径に応じて表面の輝度が変化する場合、発光物質は半径に応じて変化することがわかります。 + \ mu（r）\ propto exp \ left（\ frac \ {-r} \ {h_R} \ right） + $ h_R $はスケールの長さです。 $ \ mu（r）= \ mu_o \ ast exp \ left（\ frac \ {-r} \ {h_R} \ right）$
- 天の川では、$ h_R $は約3 kpcです。
渦巻銀河
天文学者が回転曲線を理解するために、彼らは銀河を2つの成分に分割します。
- Disk
- バルジ
次の画像は、中央の球状バルジ+円形ディスクを示しています。 星とガスの分布は、バルジとディスクで異なります。
渦巻銀河の運動学
- 任意のオブジェクトの循環速度-バルジの場合（r <Rb）。 + V ^ 2（r）= G \ ast \ frac \ {M（r）} \ {r} + M（r）= \ frac \ {4 \ pi r ^ 3} \ {3 } \ ast \ rho_b
- ディスクの場合–（Rb <r <Rd） + V ^ 2（r）= G \ ast \ frac \ {M（r）} \ {r}
- バルジの星の密度はほぼ一定です。
- バルジ内の密度は一定です（バルジ内の距離によって変化しません）。
- ディスクでは、星の密度は半径とともに低下します。 半径が増加すると、発光物質が減少します。
- 一括– $ V（r）\ propto r $
- ディスク内– $ V（r）\ propto 1/\ sqrt \ {r} $
渦巻銀河の回転曲線
- 分光法（近傍の銀河–空間的に銀河を分解）により、回転曲線を作成します。
- 上記のように、外側の領域では回転曲線が平坦であることがわかります。 物事は外側の領域で速く動いていますが、一般にこの形になるとは考えられていません。
- 軌道速度は内側領域の半径が大きくなると増加しますが、外側領域では平坦になります。
ダークマター
暗黒物質は宇宙の非発光成分であると言われています。 次のポインターを使用して、暗黒物質について理解しましょう。
- 平坦な回転曲線は、渦巻銀河内の星とガスの分布で見られるものとは逆です。
- 円盤の表面光度は半径とともに指数関数的に減少します。これは、主に星である発光物質の質量が銀河中心の周りに集中していることを意味します。
- 回転曲線の平坦化は、ある半径 r 内の銀河の総質量が r の増加とともに常に増加していることを示唆しています。
- これは、これらの銀河に電磁放射を出していない目に見えない重力質量が大量にある場合にのみ説明できます。
- 渦巻銀河の回転曲線測定は、暗黒物質の証拠の最も説得力のあるセットの1つです。
暗黒物質の証拠
- 欠損質量–発光質量の10倍。
- この暗黒物質の大部分は銀河の光輪にあるに違いありません。円盤内の大量の暗黒物質は、潮disk力に対する円盤の長期安定性を乱す可能性があります。
- 円盤の暗黒物質のごく一部は、暗黒星（茶色のwar星、黒いdim星）、およびコンパクトな恒星の残骸（中性子星、ブラックホール）です。 しかし、そのようなバリオン暗黒物質は、銀河で失われた質量のフルスケールを説明できません。
- 暗黒物質の密度プロファイル– $ M（r）\ propto r $および$ \ rho（r）\ propto r ^ \ {− 2} $。
- 渦巻銀河の回転曲線データは、ハローに分布する暗黒物質と一致しています。
- この暗いハローは、銀河の総質量の大部分を占めています。
- すべてのバリオン物質（星、星団、ISMなど）は、この暗黒物質ハローの重力ポテンシャルによって結合されています。
結論
- 暗黒物質は、通常の物質との重力相互作用によってのみ検出されています。 光との相互作用（電磁力なし）はまだ観察されていません。
- ニュートリノ-電荷は少なく、相互作用は弱いが、質量が小さすぎる（<0.23 eV）。 DM粒子は、構造形成を説明するためにE> 10 eV程度でなければなりません。
- 弱く相互作用する大質量粒子（WIMPS）は、暗黒物質の原因になります。
覚えておくべきポイント
- 銀河中心に近い物質は、期間が短くなります。
- バルジの星の密度はほぼ一定です。
- ディスクの表面輝度は、半径とともに指数関数的に減少します。
- ディスク内の大量の暗黒物質は、潮力に対するディスクの長期安定性を乱す可能性があります。
