Sự quay của thiên hà và quầng vật chất tối

Đường cong vận tốc quay của Dải Ngân Hà gần như phẳng ở những vùng xa hơn đĩa nhìn thấy được, cung cấp bằng chứng động lực học trực tiếp về một quầng vật chất tối mở rộng.

Definition

Đường cong vận tốc quay của thiên hà là tốc độ tròn của các ngôi sao và khí theo hàm khoảng cách từ Trung tâm Thiên hà; việc nó không giảm ở bán kính lớn ngụ ý sự tồn tại của một quầng vật chất tối, một sự phân bố mở rộng của khối lượng không phát sáng mà lực hấp dẫn của nó chi phối các vùng bên ngoài của Thiên hà.

Scope

Chủ đề này bao gồm sự quay vi sai và các hằng số Oort, việc xây dựng và diễn giải đường cong vận tốc quay của Thiên hà, suy luận tổng khối lượng chứa bên trong từ vận tốc tròn, và cấu trúc của quầng vật chất tối, bao gồm các cấu hình mật độ như dạng NFW có nguồn gốc từ các mô phỏng vũ trụ học.

Core questions

• Đường cong vận tốc quay của Dải Ngân Hà được đo như thế nào, và tại sao nó lại giữ phẳng?
• Các hằng số Oort cho chúng ta biết điều gì về sự quay vi sai cục bộ?
• Tổng khối lượng của Thiên hà được suy ra từ động học của nó như thế nào?
• Cấu hình mật độ nào mô tả quầng vật chất tối, và nó đến từ đâu?

Key theories

Đường cong vận tốc quay phẳng như bằng chứng vật chất tối

Vận tốc tròn vẫn gần như không đổi vượt xa đĩa sáng, đòi hỏi một khối lượng chứa bên trong tăng theo bán kính, điều này được giải thích một cách tự nhiên bởi một quầng vật chất tối mở rộng.

Sự quay vi sai và các hằng số Oort

Oort đã chỉ ra rằng trường vận tốc cục bộ của các ngôi sao đĩa phản ánh sự quay vi sai, được tham số hóa bởi các hằng số A và B, mã hóa tốc độ quay cục bộ và gradient xuyên tâm của nó.

Cấu hình mật độ quầng vật chất tối phổ quát

Các mô phỏng vũ trụ học về sự hình thành cấu trúc phân cấp dự đoán rằng các quầng vật chất tối, bao gồm cả của Dải Ngân Hà, tuân theo một cấu hình mật độ gần như phổ quát, trở nên dốc hơn theo bán kính, đó là cấu hình NFW.

Clinical relevance

Đường cong vận tốc quay của Dải Ngân Hà và các thiên hà xoắn ốc bên ngoài là một trong những bằng chứng quan trọng cho sự tồn tại của vật chất tối, định hình lại vũ trụ học; khối lượng quầng vật chất tối suy ra cũng thiết lập môi trường hấp dẫn chi phối các thiên hà vệ tinh và các vụ sáp nhập trong tương lai của Thiên hà.

History

Oort đã định lượng sự quay của thiên hà cục bộ vào những năm 1930, và các cuộc khảo sát hydro trung tính sau đó đã theo dõi đường cong vận tốc quay đến các bán kính lớn. Các phép đo quang phổ của Rubin và Ford vào năm 1970 đối với Andromeda và các thiên hà xoắn ốc sau đó đã tiết lộ các đường cong vận tốc quay phẳng, và đến những năm 1990, các mô phỏng vũ trụ học đã cung cấp một mô tả lý thuyết về các quầng vật chất tối chịu trách nhiệm cho hiện tượng này.

Key figures

• Jan Oort
• Vera Rubin
• Kent Ford
• Simon White

Seminal works

• rubin1970
• oort1932
• navarro1997

Frequently asked questions

Tại sao đường cong vận tốc quay phẳng lại đáng ngạc nhiên?

Nếu hầu hết khối lượng tuân theo các ngôi sao có thể nhìn thấy, tốc độ quay sẽ giảm ở bán kính lớn giống như quỹ đạo của các hành tinh quanh Mặt Trời. Đường cong phẳng được quan sát có nghĩa là có nhiều khối lượng hơn ở bán kính lớn so với những gì ánh sáng tiết lộ, được quy cho vật chất tối.

Vật chất tối có thể được thay thế bằng lực hấp dẫn đã sửa đổi không?

Các lựa chọn thay thế như động lực học Newton đã sửa đổi có thể phù hợp với nhiều đường cong vận tốc quay, nhưng hình ảnh quầng vật chất tối được ưa chuộng hơn vì nó cũng giải thích thấu kính hấp dẫn, động lực học cụm thiên hà và nền vi sóng vũ trụ trong một khuôn khổ thống nhất.