¿Cómo la materia oscura del halo exterior de una galaxia ayudar a explicar la galaxia de la rotación de la curva?

Question

¿Cómo la materia oscura del halo exterior de una galaxia ayudan a explicar una galaxia de rotación de la curva?

Supongamos por simplicidad, utilizaremos un modelo de una estrella de rotación de una estrella masiva fijos en una órbita circular. Por otra estrella en el radio más grande, la velocidad debe ser más pequeños, pero a nivel de la observación de las galaxias espirales, sucede lo contrario (se mueve en aún más la velocidad o al menos a la misma velocidad de la estrella). La gente de la hipótesis de que la materia oscura del halo puede estar presente "en torno a" el sistema (es decir, halo existe fuera del sistema) para dar cuenta de tal observación. Creo que es exactamente lo opuesto debe ser el caso, es decir, la materia oscura del halo debe ser dentro de la galaxia en lugar de fuera. La razón de ser, si la materia oscura está fuera de la galaxia, a continuación, la efectiva atracción gravitatoria de la estrella giratoria hacia el centro se reducirá debido a la atracción hacia el exterior en la estrella ejercida por la materia oscura existente en el exterior. Por lo tanto, su velocidad de rotación debe ser menor; pero se observa lo contrario. Entonces, ¿cómo la materia oscura del halo "alrededor de" una galaxia ayudar a explicar la galaxia de la rotación de la curva? Donde estoy cometiendo error en el argumento?

Answer 1

Creo que es exactamente lo opuesto debe ser el caso; es decir, la materia oscura del halo debe ser dentro de la galaxia en lugar de fuera.

Su sensación es totalmente correcta, y de hecho está de acuerdo con la materia oscura teorías. Su único error es pensar que la materia oscura del halo de esas teorías es sólo que rodea la galaxia; también dentro de la galaxia, y es generalmente más densos en el centro de la galaxia.

Una ligera lado: La palabra "halo" es ciertamente confuso aquí, porque las representaciones de tiempos más modernos, con frecuencia muestran halos aislados como los anillos de fuera de la cabeza. La analogía sugieren que la materia oscura es sólo un anillo fuera de la galaxia. Mayores (Occidental) de arte, sin embargo, mostraron halos como emanaciones de la luz originarios de atrás de la cabeza, que está más cerca del sentido utilizado en "la materia oscura del halo".

Para ser un poco más precisos, los halos de materia oscura se suelen modelar por una NFW perfil. Este es definido por la densidad de la materia oscura $\rho$ como una función de la distancia desde el centro de la galaxia $r$: \begin{equation} \rho(r) = \frac{\rho_0} {\frac{r}{R_s}\left( 1 + \frac{r}{R_s} \right)^2}~, \end{equation} donde $R_s$ es algo de radio de la escala. Como se puede ver, esta densidad en realidad va al infinito en $r=0$. Está bien, esto es sólo un modelo crudo, y la cantidad total de masa que describe es finito. Pero el punto es que la densidad es mayor cerca del centro de la galaxia, y poco a poco se va desvaneciendo en radios más grandes.

También podrás ver Einasto perfiles, que han \begin{equation} \rho(r) = \rho_0\, \exp[-(r/R_s)^\alpha]~, \end{equation} donde $\alpha$ es de algún otro parámetro. Este es finito en $r=0$ [de hecho, $\rho(0) = \rho_0$]. Y de nuevo, la densidad es siempre mayor en el centro de la galaxia.

En ocasiones, incluso, ver el perfil de densidad aproximada como uniforme a algunos radius $R_s$: \begin{equation} \rho(r) = \begin{cases} \rho_0 & r\leq R_s~, \\ 0 & r > R_s~. \end{casos} \end{equation} Este es en particular un modelo crudo, donde piensa de la galaxia básicamente como incrustado en un uniforme pegote de materia oscura con densidad constante, pero sólo a algunos finito de radio. La ventaja de esto es simplemente que es más fácil hacer cálculos aproximados. Esto no tiene mayor densidad en el interior de las órbitas de fuera, pero al menos no es de menor densidad.

Independientemente del modelo en particular, la idea siempre es que hay más materia en el interior de las distintas órbitas, lo que hace que se comporten exactamente como usted dijo.

Answer 2

La cinemática de las estrellas en la galaxia se debe a los diferentes potenciales gravitacionales: la de que el agujero negro, el disco, y la materia oscura del halo. Por simplicidad, estos (negativo) de los potenciales de seguir

$$\Phi_{BH}(r) = \frac{GM}{r}$$ $$\Phi_{disk}(r) =\frac{GM}{\sqrt{r^2+b^2}}$$ $$\Phi_{DM}(r) = \frac{GMr}{R_s^2}$$

donde $b$ es el radio de la escala de la galaxia (un par de kpc) y $R_s$ es el radio de la escala de la materia oscura (muchos kpc). A partir de estos potenciales, usted puede tomar la derivada para encontrar las fuerzas y por lo tanto la cinemática (velocidades) de estrellas en diferentes radios.

En definitiva, la razón de materia oscura mantiene la (casi) constante de velocidad de la curva se debe a su dependencia lineal en la radio, mientras que los otros se caen como $1/r$.