Geschwindigkeitsdispersionsmessungen von Galaxien
Erste direkte Beweise für dunkle Materie kamen von Frids Ricky. Er machte einige Beobachtungen, die zum ersten Mal dunkle Materie enthüllten. Seine Beobachtungen berücksichtigten die Gesamtbewegung innerhalb des Galaxienhaufens.
Erweiterte Objekte sind Galaxienhaufen und werden als gebundene Strukturen betrachtet. Diese Galaxien bewegen sich in Bezug auf das Clusterzentrum, fliegen aber nicht ab. Wir betrachten die Gesamtbewegung der Galaxie.
Annahme: Geschwindigkeiten repräsentieren das zugrunde liegende Potenzial
Jede Galaxie hat ihre eigene Eigenbewegung innerhalb des Clusters und Hubble Flow Component. Die kleineren Galaxien sind kleiner, der größte Teil des Lichts kommt von M31 und MW, es gibt mehrere Zwerggalaxien. Für unsere Rohanalyse können wir nur M31 und MW verwenden und die dynamische Masse der lokalen Gruppe bewerten.
Es gibt eine Relativgeschwindigkeit zwischen uns und M31. Es ist grob, aber es ist wahr. Die Geschichte beginnt vor langer Zeit, als M31 und MW nahe beieinander waren, weil sie Mitglieder eines Clusters waren, das sie voneinander entfernt hatten. Nach einiger Zeit erreichen sie die maximale Trennung und kommen sich dann näher.
Nehmen wir an, dass die maximale Trennung, die jemals erreicht werden kann, $ r_ {max} $ ist. Jetzt haben sie eine Trennung namensr. LassenMsei die kombinierte Masse von MW und M31. Wir wissen nicht, wann $ r_ {max} $ erreicht ist.
$$ \ frac {GM} {r_ {max}} = \: Potential \: at \: r_ {max} $$
Wenn diese Galaxien zu einem bestimmten Zeitpunkt nahe beieinander kamen, wird die Energie des Systems -
$$ \ frac {1} {2} \ sigma ^ 2 = \ frac {GM} {r} = \ frac {GM} {r_ {max}} $$
σ ist die Relativgeschwindigkeit beider Galaxien. M ist nur eine reduzierte Masse, aber die Testmasse ist 1. σ ist die Geschwindigkeit eines Objekts in der Entfernung rvon der Mitte des Clusters. Wir glauben, dass dieser Cluster in einer dynamischen Gleichung vorliegt, da der Virialsatz gilt. Galaxien können also nicht mit unterschiedlicher Geschwindigkeit kommen.
Wie viel Zeit würden diese Galaxien brauchen, um die maximale Entfernung zu erreichen?
Um dies zu verstehen, betrachten wir die folgende Gleichung.
$$ \ frac {1} {2} \ left (\ frac {dr} {dt} \ right) ^ 2 = \ frac {GM} {r} - \ frac {GM} {r_ {max}} $$
$$ t_ {max} = \ int_ {0} ^ {r_ {max}} dt = \ int_ {0} ^ {r_ {max}} \ frac {dr} {\ sqrt {2GM}} \ left (\ frac {1} {r} - \ frac {1} {r_ {max}} \ right) ^ 2 $$
$$ t_ {max} = \ frac {\ pi r_ {max} ^ {\ frac {3} {2}}} {2 \ sqrt {2GM}} $$
Wobei M = dynamische Masse der lokalen Gruppe. Die Gesamtzeit vom Beginn bis zum Ende der Kollision beträgt $ 2t_ {max} $. Deshalb,
$$ 2t_ {max} = t_0 + \ frac {D} {\ sigma} $$
Und $ t_0 $ ist das gegenwärtige Zeitalter des Universums.
Wenn tatsächlich $ t_ {max} <RHS $ ist, haben wir eine Untergrenze für die Zeit. $ D / \ sigma $ ist die Zeit, in der sie erneut kollidieren. Hier haben wir angenommen, dass σ konstant ist.
$$ t_ {max} = \ frac {t_0} {2} + \ frac {D} {2 \ sigma} $$
$$ r_ {max} = t_ {max} \ times \ sigma = 770K_ {pc} $$
Hier ist σ = Relativgeschwindigkeit zwischen MW und M31.
$$ M_ {dynamic} = 3 \ times 10 ^ {12} M_0 $$
$$ M_ {MW} ^ {lum} = 3 \ mal 10 ^ {10} M_0 $$
$$ M_ {M31} ^ {lum} = 3 \ times 10 ^ {10} M_0 $$
In der Praxis wird die dynamische Masse jedoch unter Berücksichtigung jeder Galaxie innerhalb des Clusters ermittelt. Die fehlende Masse ist die dunkle Materie undFrids Rickybemerkte, dass sich die Galaxien im Koma-Cluster zu schnell bewegen. Er sagte die Existenz von Neutronensternen im Jahr nach der Entdeckung von Neutronensternen voraus und benutzte das Palomar-Teleskop, um die Supernova zu finden.
Punkte, die man sich merken sollte
Erste direkte Beweise für dunkle Materie kamen von Frids Ricky.
Erweiterte Objekte sind Galaxienhaufen und werden berücksichtigt bound structures.
Dynamic mass wird unter Berücksichtigung jeder Galaxie innerhalb des Clusters herausgefunden.