कॉस्मोलॉजी - सर्पिल गैलेक्सी रोटेशन वक्र्स

इस अध्याय में, हम स्पाइरल गैलेक्सी रोटेशन वक्र्स और डार्क मैटर के साक्ष्य के बारे में चर्चा करेंगे।

डार्क मैटर के बारे में डार्क मैटर एंड ऑब्जर्वेशनल फैक्ट

• डार्क मैटर का प्रारंभिक साक्ष्य था study of the Kinematics of Spiral Galaxy।

• सूर्य हमारी आकाशगंगा के केंद्र से 30,000 प्रकाशवर्ष दूर है। गांगेय केंद्रित वेग 220 किमी / सेकंड है।

• क्यों वेग 220 किमी / एस नहीं है 100 किमी / एस या 500 किमी / एस? वस्तु की गोलाकार गति को क्या नियंत्रित करता है?

• त्रिज्या के भीतर संलग्न द्रव्यमान ब्रह्मांड में वेग का पता लगाने में मदद करता है।

मिल्की वे या सर्पिल गैलेक्सी का रोटेशन - डिफरेंशियल रोटेशन

• Angular Velocity केंद्र से दूरी के साथ बदलता रहता है।

• कक्षीय समय-अवधि केंद्र से दूरी पर निर्भर करती है।

• गैलेक्टिक केंद्र के करीब सामग्री में एक छोटी समयावधि होती है और गांगेय केंद्र से दूर सामग्री की एक बड़ी समयावधि होती है।

रोटेशन वक्र

• के साथ वेग परिवर्तन की भविष्यवाणी करें Galactic centric radius। वक्र जो वेग देता है वह कक्षीय त्रिज्या के साथ परिवर्तन करता है।

• जब हम चीजों को चलते देखते हैं, तो हम सोचते हैं कि यह गुरुत्वाकर्षण है जो रोटेशन को प्रभावित करता है।

• जन वितरण त्रिज्या के साथ भिन्न होता है। पदार्थ घनत्व रोटेशन वक्र की भविष्यवाणी करेगा। द्रव्य घनत्व के आधार पर घूर्णन वक्र, जो त्रिज्या के साथ बदलता रहता है।

सतह चमक

• हम पैच चुनते हैं और देखते हैं कि प्रकाश कितना बाहर आ रहा है।

• पैच से आने वाले प्रकाश की मात्रा को सरफेस ब्राइटनेस कहा जाता है।

• इसकी इकाई है mag/arcsec²।

• अगर हम पाते हैं कि सतह की चमक त्रिज्या के साथ बदलती है, तो हम पा सकते हैं कि चमकदार पदार्थ त्रिज्या के साथ भिन्न होता है।

  $$ \ mu (r) \ propto exp \ left (\ frac {-r} {h_R} \ ") $$

  $ h_R $ स्केल की लंबाई है। $ \ mu (r) = \ mu_o \ ast exp \ left (\ frac {-r} {h_R} \ right) $

• मिल्की वे के लिए $ h_R $ लगभग 3 kpc है।

सर्पिल आकाशगंगाएं

खगोलविदों को घूर्णी वक्र को समझने के लिए, उन्होंने आकाशगंगाओं को दो घटकों में विभाजित किया है, जो हैं -

• Disk
• Bulge

निम्नलिखित छवि एक केंद्रीय गोलाकार उभार + परिपत्र डिस्क दिखाती है। तार और डिस्क में तारकीय और गैस वितरण अलग है।

सर्पिल आकाशगंगाओं के किनेमैटिक्स

• किसी भी वस्तु का वृत्ताकार वेग - उभार के लिए होता है (r <Rb)।

  $ $ V ^ 2 (r) = G \ ast \ frac {M (r)} {r} $ $

  $ $ M (r) = \ frac {4 \ pi r ^ 3} {3} \ ast \ rho_b $ +

• डिस्क के लिए - (Rb <r <Rd)

  $ $ V ^ 2 (r) = G \ ast \ frac {M (r)} {r} $ $

• बुलगे में तारों का लगभग स्थिर घनत्व है।

• उभार के भीतर घनत्व स्थिर है (उभार के भीतर दूरी के साथ नहीं बदल रहा है)।

• एक डिस्क में, तारकीय घनत्व त्रिज्या के साथ गिरावट आती है। दायरा बढ़ता है तो चमकदार पदार्थ कम हो जाता है।

• थोक में - $ V (r) \ propto r $

• डिस्क में - $ V (r) \ propto 1 / \ sqrt {r} $

सर्पिल आकाशगंगाओं के घूर्णी वक्र

• के माध्यम से Spectroscopy (आस-पास की आकाशगंगाओं - स्थानिक रूप से आकाशगंगा का समाधान), हम रोटेशन वक्र का उत्पादन करते हैं।

• जैसा कि ऊपर उल्लेख किया गया है, हम देखते हैं कि बाहरी क्षेत्रों में रोटेशन वक्र सपाट है, अर्थात बाहरी क्षेत्रों में चीजें तेजी से आगे बढ़ रही हैं, जो आमतौर पर इस रूप में होने की उम्मीद नहीं है।

• आंतरिक क्षेत्र की त्रिज्या में वृद्धि के साथ कक्षीय गति बढ़ जाती है, लेकिन यह बाहरी क्षेत्र में समतल होती है।

काला पदार्थ

डार्क मैटर को यूनिवर्स का गैर-चमकदार घटक कहा जाता है। आइए निम्न बिंदुओं के माध्यम से डार्क मैटर के बारे में समझते हैं।

• सपाट रोटेशन वक्र्स काउंटर हैं जो हम सर्पिल आकाशगंगाओं में सितारों और गैस के वितरण के लिए देखते हैं।

• डिस्क की सतह चमकदारता त्रिज्या के साथ तेजी से गिरती है, यह दर्शाता है कि चमकदार पदार्थ का द्रव्यमान, ज्यादातर तारे, गैलेक्टिक केंद्र के आसपास केंद्रित है।

• रोटेशन वक्र के समतल होने से पता चलता है कि कुछ त्रिज्या के भीतर आकाशगंगा का कुल द्रव्यमान r में वृद्धि के साथ हमेशा बढ़ रहा है r।

• यह केवल तभी समझाया जा सकता है जब इन आकाशगंगाओं में बड़ी मात्रा में अदृश्य गुरुत्वाकर्षण द्रव्यमान है जो विद्युत चुम्बकीय विकिरण को बाहर नहीं दे रहा है।

• सर्पिल आकाशगंगाओं के घूर्णन वक्र माप अंधेरे पदार्थ के लिए सबूत के सबसे सम्मोहक सेट में से एक है।

डार्क मैटर के साक्ष्य

• गुम द्रव्यमान - चमकदार द्रव्यमान का 10 गुना।

• इस डार्क मैटर का अधिकांश भाग आकाशगंगा के प्रभामंडल में होना चाहिए: डिस्क में बड़ी मात्रा में डार्क मैटर ज्वारीय बलों के विरुद्ध डिस्क की दीर्घकालिक स्थिरता को बिगाड़ सकता है।

• डिस्क में काले पदार्थ के कुछ छोटे अंश बेरोनिक हो सकते हैं - मंद तारे (भूरे रंग के बौने, काले बौने), और कॉम्पैक्ट तारकीय अवशेष (न्यूट्रॉन स्टार, ब्लैक होल)। लेकिन इस तरह के बायोरोनिक डार्क मैटर आकाशगंगाओं में लापता द्रव्यमान के पूर्ण पैमाने की व्याख्या नहीं कर सकते हैं।

• डार्क मैटर का घनत्व प्रोफ़ाइल - $ M (r) \ propto r $ और $ \ rho (r) \ propto r ^ {- 2} $।

• सर्पिल आकाशगंगाओं के घूर्णन वक्र डेटा उनके प्रभामंडल में वितरित डार्क मैटर के अनुरूप होते हैं।

• यह गहरा प्रभामंडल आकाशगंगा के कुल द्रव्यमान का अधिकांश भाग बनाता है।

• सभी बायोरोनिक पदार्थ (तारे, तारा समूह, ISM इत्यादि) एक साथ इस अंधेरे प्रभामंडल की गुरुत्वाकर्षण क्षमता द्वारा धारण किए जाते हैं।

निष्कर्ष

• डार्क मैटर को केवल एक सामान्य मामले के साथ उनके गुरुत्वाकर्षण बातचीत के माध्यम से पता चला है। प्रकाश के साथ कोई बातचीत (कोई विद्युत चुम्बकीय बल) अभी तक नहीं देखी गई है।

• Neutrinos- चार्ज कम, कमजोर इंटरेक्शन, लेकिन द्रव्यमान बहुत कम (<0.23 eV) है। डीएम कणों में संरचना निर्माण की व्याख्या करने के लिए ई> 10 ईवी या ऐसा होना चाहिए।

• कमजोर अंतःक्रियात्मक विशाल कण (WIMPS) डार्क मैटर का स्रोत हो सकते हैं।

याद दिलाने के संकेत

• गैलेक्टिक केंद्र के करीब सामग्री में एक छोटी समयावधि होती है।

• बुलगे में तारों का लगभग स्थिर घनत्व है।

• डिस्क की सतह चमकदारता त्रिज्या के साथ तेजी से गिर जाती है।

• डिस्क में बड़ी मात्रा में डार्क मैटर ज्वारीय बलों के खिलाफ डिस्क की दीर्घकालिक स्थिरता को परेशान कर सकता है।