Flache Rotationskurven und Gravitationspotential

Ich habe über Rotationskurven von Spiralgalaxien gelesen und habe eine Frage, die ich klären möchte.

Beispielsweise haben viele von ihnen flache Rotationskurven nach einer gewissen charakteristischen Entfernung R > R C aus der Mitte. Wenn dem so ist, dann berechnet man das Gravitationspotential durch Lösen von:

v 2 = R D ϕ D R ,

es bedeutet, dass in großen Entfernungen, wo v ( R ) ist fast konstant, ϕ ( R ) steigt mit dem Logarithmus der Entfernung.

Wenn man weiterhin massive Teilchen in die äußeren Teile der Galaxie bringt; man hat zwei Möglichkeiten:

  1. Die Geschwindigkeit ist in einem endlichen Entfernungsbereich nahezu konstant und beginnt dann, fast am Rand der Galaxie, abzunehmen.
  2. Die Geschwindigkeit bleibt bis konstant R → + ∞ .

Wenn 1) wahr ist, warum ist es dann notwendig, dass dunkle Materie die gesamte Galaxie in einen Halo einbettet, da am Rand der Galaxie alles wieder keplerisch wird?

Wenn 2) wahr ist, dann, da ein klassisches massives Teilchen die von erzeugte Potentialbarriere nicht tunneln kann ϕ ( R ) ∼ ln ⁡ ( R / R C ) , bedeutet das nicht, dass es einen radialen Cutoff gibt R Λ für jedes Teilchen so, dass es sich nicht über diesen Radius hinaus bewegen kann R Λ ? Bedeutet das nicht, dass die Galaxie ein selbstgebundenes und endliches Objekt ist?

Antworten (1)

(1) ist richtig: Die Geschwindigkeit bleibt ungefähr konstant bis zu einem endlichen Radius, an dem sie abzufallen beginnt (sich Kepler nähert). Dies geschieht, weil sich die Ausdehnung des Halo aus dunkler Materie über größere Radien erstreckt als die Galaxie – normalerweise ein Faktor von etwa 2-10 (aber schwer zu messen) für den „Virialradius“ (der die Ausdehnung misst ) . des Halo) im Vergleich zum 'Halblicht/effektiven Radius' der Galaxie

Sie ziehen einen bestimmten Halo-Typ in Betracht, z. B. NFW oder Burkert. Sie geben v ( R ) ∼ 1 / R für große Werte von R . Aber NFW steht vor vielen Problemen und Burkert ist phänomenologisch, also steckt keine Physik dahinter. dann, 2) scheint nicht so verrückt zu sein
@ user115376 Es gibt keine Beobachtungen von Rotationskurven bei ausreichend großen Radien (100 kpc), um den Abfall zu zeigen. (2) macht keinen Sinn, weil es eine unendliche Menge an Masse für alle Halos erfordert (ganz zu schweigen davon, dass sich Teilchen dynamisch statt quantenmechanisch bewegen). Bei 100 kpc werden Halos aufgrund von Gezeitenwechselwirkungen mit der lokalen Umgebung abgeschnitten, und bei nur geringfügig größeren Maßstäben (Mpc) fangen Sie an, auf andere Halos und größere Strukturen zu stoßen.
Wenn das gesamte Gravitationspotential (Baryonen+Dunkle Materie) mit zunehmender Entfernung zunimmt, da ein Teilchen keine unendliche Energie haben kann, da sich sonst keine Strukturen bilden, gibt es einen Radius, über dem sich ein massives Teilchen mit der Energie E nicht bewegen kann. Beim Integrieren bis zu diesem Grenzradius ist keine unendliche Masse erforderlich.
@ user115376 Sicher, aber Sie müssen Partikel aller Energien berücksichtigen , einschließlich derjenigen, die sich Null nähern (dh ungebunden) und darüber hinaus ... Das Universum ist kein einziger, isolierter und perfekt glatter Halo / Potential. Wenn Sie mehr Informationen wünschen, sollten Sie sich kosmologische Dunkle-Materie-Simulationen (z. B. Millennium ) ansehen, die resultierenden Dichtestrukturen und -profile.
Kosmische Strahlen mit extremer Energie haben Energien, die übersteigen 5 × 10 19 e v : diese Energie ist noch endlich. Geladene Teilchen werden strahlen. Das Problem in 2) entsteht bei neutralen hochenergetischen Teilchen: Photonen+Neutrinos. Photonen, kein Problem, das effektive Potential, macht nur den Gravitationslinseneffekt aus. Neutrinos, zwei Fälle. a) Bleiben Sie beim Standardmodell und betrachten Sie masselos. Das gleiche wie Photonen. b) Gehen Sie zu BSM und betrachten Sie die Masse. Sie interagieren schwach und nicht-elektromagnetisch, egal ob sie "unendliche Energien" erreichen könnten, am Ende sieht man sie nicht. Dies ist kein Widerspruch.
Denken Sie daran, dass die Millenium-Simulation mit läuft Λ − CDM und es ist dasjenige, das in kleinen Maßstäben das NWF-Profil ergibt, das zum Beispiel genau mit vielen Problemen im Zentrum der Galaxien konfrontiert ist. Nur Baryonen-Feedback konnte das Dichteprofil ringsherum abflachen R = 0 wie in Chan TK et. Al. 2015. Deshalb bleibe ich ein bisschen bei der Idee, dass 2) ein Grund sein könnte oder zumindest keine verrückte Idee zu sein scheint.
@ user115376 Dies liegt völlig außerhalb Ihrer ursprünglichen Frage und weit außerhalb der Mainstream-Physik, aber es spielt keine Rolle, dass die Energien immer noch endlich sind ... das Problem ist, dass Partikel große Radien haben und kaum an den Wirtshalo gebunden sind --- dh fast Null (wobei negativ gebunden und positiv ungebunden ist). Fühlen Sie sich frei, eine neue Frage zu posten, warum (2) keinen Sinn ergibt.
Entschuldigung, aber die Antworten, die Sie geben, überzeugen mich nicht, dies ist ein offenes Forum für den Austausch von Ideen.
Flache Rotationskurven und Gravitationspotential
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