우주론-나선 은하 회전 곡선

이 장에서는 나선형 은하 회전 곡선과 암흑 물질에 대한 증거에 대해 논의 할 것입니다.

암흑 물질에 대한 암흑 물질 및 관찰 사실

  • 암흑 물질의 초기 증거는 study of the Kinematics of Spiral Galaxy.

  • 태양은 우리 은하의 중심에서 30,000 광년 떨어져 있습니다. 은하 중심 속도는 220km / s입니다.

  • 속도가 220km / s가 100km / s 또는 500km / s가 아닌 이유는 무엇입니까? 물체의 원형 운동을 제어하는 ​​것은 무엇입니까?

  • 반경 내에 포함 된 질량은 우주의 속도를 감지하는 데 도움이됩니다.

은하수 또는 나선 은하의 회전-미분 회전

  • Angular Velocity 중심으로부터의 거리에 따라 다릅니다.

  • 궤도 시간주기는 중심으로부터의 거리에 따라 다릅니다.

  • 은하 중심에 가까운 물질은 더 짧은 시간주기를 가지며 은하 중심에서 멀리 떨어진 물질은 더 긴 시간주기를가집니다.

회전 곡선

  • 다음으로 속도 변화를 예측하십시오. Galactic centric radius. 속도 변화를 제공하는 곡선은 궤도 반경에 따라 달라집니다.

  • 사물이 움직이는 것을 보면 회전에 영향을 미치는 것이 중력이라고 생각합니다.

  • 질량 분포는 반경에 따라 다릅니다. 물질 밀도는 회전 곡선을 예측합니다. 반지름에 따라 달라지는 물질 밀도에 기반한 회전 곡선입니다.

표면 밝기

  • 우리는 패치를 선택하고 얼마나 많은 빛이 나오는지 봅니다.

  • 패치에서 나오는 빛의 양을 표면 밝기라고합니다.

  • 단위는 mag/arcsec2.

  • 표면 밝기가 반지름에 따라 달라진다는 것을 알게되면 발광 물질이 반지름에 따라 달라짐을 알 수 있습니다.

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

    $ h_R $은 스케일 길이입니다. $ \ mu (r) = \ mu_o \ ast exp \ left (\ frac {-r} {h_R} \ right) $

  • $ h_R $은 은하수에 대해 거의 3kpc입니다.

나선 은하

천문학 자들이 회전 곡선을 이해하기 위해 그들은 은하를 두 개의 구성 요소로 나누었습니다.

  • Disk
  • Bulge

다음 이미지는 중앙 구형 벌지 + 원형 디스크를 보여줍니다. 스텔라와 가스 분포는 벌지와 디스크에서 다릅니다.

나선 은하의 운동학

  • 모든 물체의 원형 속도 – 벌지의 경우 (r <Rb)입니다.

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

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

  • 디스크의 경우 – (Rb <r <Rd)

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

  • 벌지는 별의 밀도가 거의 일정합니다.

  • 벌지 내의 밀도는 일정합니다 (벌지 내의 거리에 따라 변경되지 않음).

  • 디스크에서 항성 밀도는 반경에 따라 감소합니다. 반경이 증가하면 발광 물질이 감소합니다.

  • 대량 – $ V (r) \ propto r $

  • 디스크에서 – $ V (r) \ propto 1 / \ sqrt {r} $

나선 은하의 회전 곡선

  • 통해 Spectroscopy (은하 근처 – 은하를 공간적으로 분해), 우리는 회전 곡선을 생성합니다.

  • 위에서 언급했듯이 회전 곡선이 바깥 쪽 영역에서 평평하다는 것을 알 수 있습니다. 즉, 사물이 바깥 쪽 영역에서 빠르게 움직이며 일반적으로 이런 형태로 예상되지 않습니다.

  • 궤도 속도는 내부 영역의 반경이 증가함에 따라 증가하지만 외부 영역에서는 평평 해집니다.

암흑 물질

암흑 물질은 우주의 비 발광 성분이라고합니다. 다음 포인터를 통해 암흑 물질에 대해 이해합시다.

  • 편평한 회전 곡선은 나선 은하에서 별과 가스의 분포에 대해 우리가 보는 것과 반대입니다.

  • 원반의 표면 광도는 반지름에 따라 기하 급수적으로 떨어지며, 이는 대부분 별인 발광 물질의 질량이 은하 중심 주위에 집중되어 있음을 의미합니다.

  • 회전 곡선의 평탄화는 은하의 총 질량이 반경 내에서 r 항상 증가하고 있습니다. r.

  • 이것은 전자기 복사를 방출하지 않는이 은하들에 많은 양의 보이지 않는 중력 질량이있는 경우에만 설명 될 수 있습니다.

  • 나선 은하의 회전 곡선 측정은 암흑 물질에 대한 가장 강력한 증거 중 하나입니다.

암흑 물질의 증거

  • Missing Mass – 발광 질량의 10 배.

  • 이 암흑 물질의 대부분은 은하의 후광에 있어야합니다. 디스크에있는 많은 양의 암흑 물질은 조력에 대한 디스크의 장기적인 안정성을 방해 할 수 있습니다.

  • 원반에있는 암흑 물질의 일부 ​​작은 부분은 희미한 별 (갈색 왜성, 검은 색 왜성) 및 조밀 한 항성 잔해 (중성자 별, 블랙홀) 등 중성자 일 수 있습니다. 그러나 그러한 중압 암흑 물질은 은하에서 잃어버린 질량의 전체 규모를 설명 할 수 없습니다.

  • 암흑 물질의 밀도 프로파일 – $ M (r) \ propto r $ 및 $ \ rho (r) \ propto r ^ {− 2} $.

  • 나선 은하의 회전 곡선 데이터는 후광에 분포 된 암흑 물질과 일치합니다.

  • 이 어두운 후광은 은하 전체 질량의 대부분을 구성합니다.

  • 모든 중력 물질 (별, 성단, ISM 등)은이 암흑 물질 후광의 중력 잠재력에 의해 결합됩니다.

결론

  • 암흑 물질은 일반 물질과의 중력 상호 작용을 통해서만 감지되었습니다. 빛과의 상호 작용 (전자기력 없음)은 아직 관찰되지 않았습니다.

  • Neutrinos− 충전량이 적고 상호 작용이 약하지만 질량이 너무 적습니다 (<0.23 eV). DM 입자는 구조 형성을 설명하기 위해 E> 10 eV 정도 여야합니다.

  • 약하게 상호 작용하는 질량 입자 (WIMPS)는 암흑 물질의 원인이 될 수 있습니다.

기억해야 할 사항

  • 은하 중심에 가까운 물질은 더 짧은 시간주기를가집니다.

  • 벌지는 별의 밀도가 거의 일정합니다.

  • 디스크의 표면 광도는 반경에 따라 기하 급수적으로 떨어집니다.

  • 디스크에있는 다량의 암흑 물질은 조력에 대한 디스크의 장기적인 안정성을 방해 할 수 있습니다.