Измерения дисперсии скоростей галактик
Первое прямое свидетельство существования темной материи было получено Frids Ricky. Он провел несколько наблюдений, которые впервые выявили темную материю. Его наблюдения рассматривали общее движение в скоплении галактик.
Протяженные объекты представляют собой скопления галактик и считаются связанными структурами. Эти галактики движутся относительно центра скопления, но не улетают. Мы смотрим на общее движение галактики.
Предположение: скорости представляют собой базовый потенциал
Каждая галактика будет иметь собственное движение внутри скопления и Hubble Flow Component. Меньшие галактики меньше, большая часть света исходит от M31 и MW, есть несколько карликовых галактик. Для нашего грубого анализа мы можем использовать только M31 и MW и оценить динамическую массу локальной группы.
Между нами и M31 существует относительная скорость. Это грубо, но это правда. История начинается давно, когда M31 и MW были близко друг к другу, потому что они были членами скопления, которое они удалялись друг от друга. Через некоторое время они достигают максимального разделения, затем сближаются друг с другом.
Допустим, максимальное разделение, которое может когда-либо достигаться, равно $ r_ {max} $. Теперь у них есть разделение под названиемr. ПозволятьMбыть объединенной массой MW и M31. Мы не знаем, когда будет достигнуто $ r_ {max} $.
$$ \ frac {GM} {r_ {max}} = \: Potential \: at \: r_ {max} $$
Когда эти галактики подходили друг к другу в какой-то момент r, тогда энергия системы будет -
$$ \ frac {1} {2} \ sigma ^ 2 = \ frac {GM} {r} = \ frac {GM} {r_ {max}} $$
σ - относительная скорость обеих галактик. M только приведенная масса, но тестовая масса равна 1. σ - скорость любого объекта на расстоянии rиз центра кластера. Мы полагаем, что этот кластер находится в динамическом уравнении, потому что верна теорема вириала. Итак, галактики не могут двигаться с разной скоростью.
Сколько времени потребуется этим галактикам, чтобы достичь максимального расстояния?
Чтобы понять это, давайте рассмотрим следующее уравнение.
$$ \ frac {1} {2} \ left (\ frac {dr} {dt} \ right) ^ 2 = \ frac {GM} {r} - \ frac {GM} {r_ {max}} $$
$$ t_ {max} = \ int_ {0} ^ {r_ {max}} dt = \ int_ {0} ^ {r_ {max}} \ frac {dr} {\ sqrt {2GM}} \ left (\ frac {1} {r} - \ frac {1} {r_ {max}} \ right) ^ 2 $$
$$ t_ {max} = \ frac {\ pi r_ {max} ^ {\ frac {3} {2}}} {2 \ sqrt {2GM}} $$
Где M = динамическая масса локальной группы. Общее время от начала до конца столкновения составляет $ 2t_ {max} $. Следовательно,
$$ 2t_ {max} = t_0 + \ frac {D} {\ sigma} $$
А $ t_0 $ - нынешний возраст вселенной.
Если на самом деле $ t_ {max} <RHS $, то у нас есть нижний предел для времени. $ D / \ sigma $ - время, когда они снова столкнутся. Здесь мы предположили, что σ постоянна.
$$ t_ {max} = \ frac {t_0} {2} + \ frac {D} {2 \ sigma} $$
$$ r_ {max} = t_ {max} \ times \ sigma = 770K_ {pc} $$
Здесь σ = относительная скорость между MW и M31.
$$ M_ {динамический} = 3 \ times 10 ^ {12} M_0 $$
$$ M_ {MW} ^ {lum} = 3 \ times 10 ^ {10} M_0 $$
$$ M_ {M31} ^ {lum} = 3 \ times 10 ^ {10} M_0 $$
Но практически динамическая масса определяется для каждой галактики в скоплении. Недостающая масса - это темная материя иFrids Rickyзаметил, что галактики в скоплении комы движутся слишком быстро. Он предсказал существование нейтронных звезд через год после открытия нейтронных звезд и использовал телескоп Паломар, чтобы найти сверхновую.
Что следует помнить
Первое прямое свидетельство существования темной материи было получено Frids Ricky.
Протяженные объекты - это скопления галактик, и они считаются bound structures.
Dynamic mass обнаруживается с учетом каждой галактики в скоплении.