Kurze Antwort

Die Frage ist etwas zweideutig. Wenn die Frage ist

Warum nimmt die Sterngeschwindigkeit mit der Entfernung in der Nähe des galaktischen Zentrums zu?

die Antwort ist

weil ihre Umlaufbahn mehr Masse umfasst, was einer stärkeren Schwerkraft entspricht.

Wenn die Frage ist

warum bleibt ihre geschwindigkeit konstant und nimmt bei großen radien nicht ab, wo die sterndichte abnimmt ?

Die aktuelle Konsensantwort ist

Wir müssen den beobachteten Sternen dunkle Materie hinzufügen, um das zu erklären.

Lange Antwort

Die Kurve B unten (entnommen aus Wikipedia ) zeigt die beobachtete Sterngeschwindigkeit als Funktion der Entfernung vom galaktischen Zentrum.

Die Kurve A entspricht der erwarteten Kurve ohne Dunkle Materie . Wie Sie sehen können, wird erwartet, dass die Geschwindigkeit ab einer bestimmten Entfernung abnimmt, aber sie bleibt tatsächlich ungefähr konstant. Als Lösung für diese Diskrepanz wurde zunächst Dunkle Materie postuliert.

Die Zunahme der Geschwindigkeit in der Nähe des Zentrums ist unabhängig davon, ob dunkle Materie vorhanden ist oder nicht. Die Geschwindigkeit eines Sterns auf einer Kreisbahn mit Radius$r$in der galaktischen Ebene ergibt sich aus einem Gleichgewicht der Zentrifugalbeschleunigung und der gefühlten Schwerkraft:

$$\begin{gather} \frac{v^2}r= G \frac{m(r)}{r^2}\\ v=\sqrt{ G\frac{m(r)}{r}} \end{gather}$$ wo $m(r)$ist die Masse der Sterne, die in einem Sphäroid enthalten sind, das auf dem galaktischen Zentrum des Radius zentriert ist $r$(siehe zB hier für mehr Details. Und dann an die Geometrie einer Galaxie anpassen). Wenn $r$kleiner als die Dicke der Galaxie ist, ist die Anzahl der Sterne proportional zum Volumen der Kugel, und wir erwarten $$\begin{align} m(r)&\propto r^3& v&\propto r \end{align}$$ was mit der anfänglichen Erhöhung übereinstimmt.

Wann$r$größer ist als die Dicke, wenn die Sterndichte konstant ist, haben wir dann

$$\begin{align} m(r)&\propto r^2& v&\propto \sqrt r, \end{align}$$ und dies entspricht immer noch einer Geschwindigkeitszunahme.

Wann$r$groß genug ist, nimmt die Sterndichte mit ab$r$bis zu einem Punkt wo$m(r)< C r$und dies sollte die abnehmende Kurve A ergeben. Andererseits ist die beobachtete Kurve B im Wesentlichen konstant, und dies kann als ein Maß für angesehen werden$m(r)\propto r$. Dies stimmt nicht mit der beobachteten Sternverteilung überein, aber es stimmt mit dem Vorhandensein dunkler (dh nicht sichtbarer) Materie mit einer radialen Dichte überein$\propto\frac1{r^2}$.

Da es niemand erwähnt hat, denke ich, dass es nur fair ist, mindestens eine Antwort auf MOND (Modified Newtonian Dynamics) zu geben .

Im Grunde ist die Galaxienrotationskurve der Grund, warum dunkle Materie in erster Linie vorgeschlagen wurde. Die Erklärung der Dunklen Materie, abgesehen von anderen Überlegungen als supersymmetrische schwach gekoppelte Partner, ist aus wissenschaftlicher Sicht jedoch nicht sehr befriedigend, da es sich um einen Fall handelt, in dem Parameter (dh unsichtbare Materie) angepasst werden, um ein Modell zu erhalten . Denken Sie an das Ptolomeus-Modell des Sonnensystems mit den postulierten epizyklischen Umlaufbahnen, um die Erde im Zentrum des Modells zu erhalten.

MOND als alternative Erklärung für dunkle Materie ist weithin diskreditiert, insbesondere nach der Beobachtung von Gravitationslinsen in den mittleren Regionen des Bullet-Clusters , was für einige darauf hindeutet, dass eine transparente Gravitationsquelle den Linseneffekt verursacht.

Trotzdem funktioniert die MOND-Hypothese, zumindest als Heuristik, um die Rotationskurven der Galaxien rückgängig zu machen, sehr gut . Die Hypothese besagt im Wesentlichen, dass die gravitative Massenkopplung schwächer wird, wenn Beschleunigungen unterschritten werden$a_0 \approx 10^{-10} m/s^2$. Ausgehend von dieser einfachen Annahme ist es in der Lage, die meisten derzeit beobachteten Rotationskurven von Galaxien vorherzusagen

Die verblüffende Ähnlichkeit einer Galaxie und eines Hurrikans.

Benötigen Sie DM oder SMBH im Hurrikan? Ihr Kraftfeld ist ähnlich. Der Hurrikan wird von einem Wirbel regiert, wie kann dann eine Galaxie einem solchen Feld ausgesetzt werden, das wichtiger ist als die zentrale Kraft im Zentrum der Galaxie? Ich bin sicher, dass es einen Weg gibt.

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Ich werde versuchen zu erklären, warum es einen Wirbel gibt:

Alle Bilder stammen von outra Física CC .
In diesem PSE-Link (Antigravitation) zeige ich mit Grafiken und Gleichungen, wie die Hohlräume aufgrund des Gravitationsfeldes wachsen müssen . Die gesamte Masse, die zuvor in ihnen war, befindet sich jetzt in der äußeren Hülle der Hohlräume.

Wenn zwei Lücken a schneiden, haben wir:

und das Feld ist wie
Um das Feld eines Wirbels zu sehen , müssen Sie das mittlere Feld entfernen

Wie Sie sehen, sind weder DM noch SMBH erforderlich. Der einzige Gedanke, der benötigt wird, ist, den Regeln der Physik zu folgen (und viel Vorstellungskraft meines Freundes Alfredo, die es mir ermöglicht, nur die Physik als die wahre Natur der Natur zu sehen, wenn alle anderen nur mit einer magischen Dunklen Materie erklären können) .

Es gibt neuere Nachrichten ( arxiv und cosmiclog ), dass DM wahrscheinlich zwei unterschiedliche Zusammensetzungen/Eigenschaften haben muss und die Astronomen wissen jetzt nicht, wie sie das beobachtete Verhalten rechtfertigen sollen.
Natürlich kann man die Suche nach DM fortsetzen. Ich tu nicht.

Der Widerstand, den die Leser gegen diese Art von Modell haben, das nur den Gesetzen der Schwerkraft folgt, hat damit zu tun, dass dies nach einer anderen Art des Beginns des Universums verlangt. Warum nicht? Ahh der BB und die dunkle Energie, sagst du!

Dann kann der Beginn des Universums ein unendliches Universum (oder fast) sein, homogen und mit einer Temperatur = 0. Die Temperatur wird steigen, was unserer tiefsten Überzeugung widerspricht, dass dies unmöglich ist.

Wenn Sie diesen Blog klarer verstehen möchten, lesen Sie diesen Blog vom ersten bis zum letzten Post (er ist so auf Portugiesisch geschrieben, dass jeder ihn verstehen kann) oder um sich nur auf die vorliegende Frage zu konzentrieren, sollten Sie bei O nascimento de uma beginnen Bolha bis Sie As espirais Galácticas erreichen .

Und die Dunkle Energie? Sie haben es, wieder mit Hilfe meines Freundes Alfredo, mit seinem Artikel losgeworden: Ein selbstähnliches Modell des Universums enthüllt die Natur der dunklen Energie . Ich habe einen kurzen mathematischen Beweis seiner Argumentation in diesem PSE-Link (sind-die-Rest-Massen-von-Elementarteilchen-sicherlich-Konstanten) gepostet . Warum sollten die Teilchen schrumpfen und uns den Eindruck einer Raumausdehnung vermitteln? Ihre assoziierten Felder dehnen sich im Raum aus, die Felder haben Energie und werden von den Teilchen erzeugt. Um den Gesamtenergiehaushalt zu erhalten, müssen sie „schrumpfen“. Hey, im Labor sehe ich das nicht schrumpfen, wieso? Es ist unmöglich, die Phänomene vor Ort zu erkennen, weil das Labor, die Instrumentierung und Sie selbst schrumpfen und vor allem niemand gerne schrumpft.

Mir ist klar, dass es bei der „Erfindung“ von DM nur um eine Datenpassung ging. Sie haben kein Modell, um die Beobachtungen zu rechtfertigen, und anstatt weiter nachzudenken, postulierten sie seine Existenz. Brauchen wir GR in der Kosmologie, wenn der Raum arxiv-BAO-survey ist ? Nein. Deshalb fordere ich die Leser auf, auf den Artikel meines Freundes zu achten und als Erster zu sagen: „Ich habe einen Fehler entdeckt“.

Als ich zur Schule ging, „wusste“ ich schon, dass sich der Raum ausdehnt, und das gleiche gilt für Sie. Es ist schockierend, wenn es „im Gegenteil“ ist.

Der größte Feind, dem wir bei der Suche nach Wissen gegenüberstehen, sind unsere „verwurzelten Überzeugungen“.

Nun, da ich mir meine kostbare Zeit genommen habe, um diese lange Antwort zu schreiben, bitte ich die Downvoter freundlich zu sagen, in welchen bestimmten Punkten sie glauben, dass ich falsch liege.

Die Sterne in der galaktischen Scheibe rotieren mit nahezu gleicher Umlaufgeschwindigkeit von 200-230 km/s um das galaktische Zentrum. Im Gegensatz zu einem Sternensystem, in dem die Planeten dem dritten Gesetz von Kepler folgen. Um die fast konstante Umlaufgeschwindigkeit der Sterne in der Galaxie zu erklären, haben wir dunkle Materie berechnet, die so verteilt ist, dass sie den Sternen fast die gleiche Umlaufgeschwindigkeit verleiht, was ein seltsamer Zufall ist.

Es könnte einen Motor in der Mitte geben, der die Sterne beschleunigt, aber ein solcher Motor ist absurd, da wir nicht wissen, wie die Energie in diesem immensen Maßstab auf diese Weise übertragen werden kann. Ich habe gerade eine hypothetische Lösung vorgeschlagen, bei der ein binäres Schwarzes-Loch-System in der Mitte der Galaxie die Sterne in der galaktischen Scheibe durch Gravitationswellen beschleunigt. Vielleicht möchten Sie einen Blick darauf werfen: Gibt es ein binäres Schwarzes-Loch-System mitten in der Galaxie?

Die dunkle Materie oder die dunkle Energie .

Wir wissen überhaupt nicht, was sie sind. Wir wissen nur, dass es sie gibt, aber wie gesagt, wir haben keine Ahnung.