Phép đo phân tán vận tốc của các thiên hà
Bằng chứng trực tiếp đầu tiên về vật chất tối đến từ Frids Ricky. Ông đã thực hiện một số quan sát lần đầu tiên tiết lộ vật chất tối. Những quan sát của ông đã xem xét chuyển động tổng thể bên trong cụm thiên hà.
Các đối tượng mở rộng là các cụm thiên hà và chúng được coi là cấu trúc liên kết. Những thiên hà này đang chuyển động đối với trung tâm cụm nhưng không bay đi. Chúng tôi nhìn vào chuyển động tổng thể của thiên hà.
Giả định: Tốc độ đại diện cho tiềm năng cơ bản
Mỗi thiên hà sẽ có chuyển động thích hợp riêng của nó trong cụm và Hubble Flow Component. Các thiên hà nhỏ hơn thì nhỏ hơn, phần lớn ánh sáng đến từ M31 và MW, có một số thiên hà lùn. Đối với phân tích thô của chúng tôi, chúng tôi chỉ có thể sử dụng M31 và MW và đánh giá khối lượng động của nhóm cục bộ.
Giữa ta và M31 có một vận tốc tương đối. Nó là thô, nhưng nó là sự thật. Câu chuyện bắt đầu từ rất lâu khi M31 và MW ở gần nhau, vì họ là thành viên của một cụm mà họ di chuyển ra xa nhau. Sau một thời gian, họ đạt đến sự tách biệt tối đa, sau đó đến gần nhau hơn.
Giả sử rằng khoảng cách tối đa có thể đạt tới là $ r_ {max} $. Bây giờ họ có một sự tách biệt được gọi làr. Để choMlà khối lượng kết hợp của MW và M31. Chúng tôi không biết khi nào đạt đến $ r_ {max} $.
$$ \ frac {GM} {r_ {max}} = \: Tiềm năng \: tại \: r_ {max} $$
Khi những thiên hà này đến gần nhau tại một thời điểm r nào đó, thì năng lượng của hệ sẽ là:
$$ \ frac {1} {2} \ sigma ^ 2 = \ frac {GM} {r} = \ frac {GM} {r_ {max}} $$
σ là vận tốc tương đối của cả hai thiên hà. M chỉ là khối lượng giảm, nhưng khối lượng thử nghiệm là 1. σ là vận tốc của bất kỳ vật thể nào ở khoảng cách rtừ trung tâm của cụm. Chúng tôi tin rằng cụm này nằm trong phương trình động vì định lý virial là đúng. Vì vậy, các thiên hà không thể đến với vận tốc khác nhau.
Những thiên hà này sẽ mất bao nhiêu thời gian để đạt được khoảng cách tối đa?
Để hiểu điều này, chúng ta hãy xem xét phương trình sau đây.
$$ \ frac {1} {2} \ left (\ frac {dr} {dt} \ right) ^ 2 = \ frac {GM} {r} - \ frac {GM} {r_ {max}} $$
$$ t_ {max} = \ int_ {0} ^ {r_ {max}} dt = \ int_ {0} ^ {r_ {max}} \ frac {dr} {\ sqrt {2GM}} \ left (\ frac {1} {r} - \ frac {1} {r_ {max}} \ right) ^ 2 $$
$$ t_ {max} = \ frac {\ pi r_ {max} ^ {\ frac {3} {2}}} {2 \ sqrt {2GM}} $$
Trong đó, M = khối lượng động lực của nhóm cục bộ. Tổng thời gian từ khi bắt đầu cho đến khi kết thúc va chạm là $ 2t_ {max} $. Vì thế,
$$ 2t_ {max} = t_0 + \ frac {D} {\ sigma} $$
Và $ t_0 $ là tuổi hiện tại của vũ trụ.
Nếu $ t_ {max} thực tế <RHS $, thì chúng tôi có giới hạn thấp hơn cho thời gian. $ D / \ sigma $ là thời gian chúng lại va chạm. Ở đây, chúng tôi đã giả định σ là hằng số.
$$ t_ {max} = \ frac {t_0} {2} + \ frac {D} {2 \ sigma} $$
$$ r_ {max} = t_ {max} \ times \ sigma = 770K_ {pc} $$
Ở đây, σ = vận tốc tương đối giữa MW và M31.
$$ M_ {dynamic} = 3 \ times 10 ^ {12} M_0 $$
$$ M_ {MW} ^ {lum} = 3 \ lần 10 ^ {10} M_0 $$
$$ M_ {M31} ^ {lum} = 3 \ lần 10 ^ {10} M_0 $$
Nhưng trên thực tế, khối lượng động được tìm thấy khi xem xét mọi thiên hà trong cụm. Khối lượng bị thiếu là vật chất tối vàFrids Rickynhận thấy rằng các thiên hà trong cụm hôn mê đang di chuyển quá nhanh. Ông dự đoán sự tồn tại của sao neutron vào năm sau khi sao neutron được phát hiện và sử dụng kính thiên văn Palomar để tìm siêu tân tinh.
Những điểm cần nhớ
Bằng chứng trực tiếp đầu tiên về vật chất tối đến từ Frids Ricky.
Các đối tượng mở rộng là các cụm thiên hà và chúng được coi là bound structures.
Dynamic mass được tìm ra khi xem xét mọi thiên hà trong cụm.