Kako se rotacijske krivulje spiralnih galaksij določajo zunaj polmerov, kjer je mogoče zaznati zvezdo?

Določanje vrtilnih krivulj spiralnih galaksij onkraj optičnega polmera (kjer zvezda postane preveč omedlela, da bi zanesljivo meril) se opira predvsem na opazovanja nevtralne vodikove (HI) 21-cm emisije 21 cm .

Evo, kako deluje:

* 21 cm emisija linije: Nevtralni atomi vodika oddajajo radijske valove pri specifični frekvenci 21 cm. Ta emisija je veliko šibkejša od Starlight, vendar učinkovito prodira v oblake prahu in jo je mogoče zaznati tudi daleč od galaktičnega središča.

* Dopplerjev premik: Hitrost vodikovega plina vzdolž vidne črte povzroči Dopplerjev premik v frekvenci 21 cm emisije. Plin, ki se premika proti nam, ima nekoliko višjo frekvenco, plin pa se oddalji od proč nekoliko nižjo frekvenco. Z merjenjem tega premika lahko astronomi določijo radialno hitrost plina na različnih razdaljah od galaktičnega središča.

* preslikava plina: Radijski teleskopi, pogosto veliki nizi, kot je zelo velik niz (VLA) ali radijski teleskop Westerbork Syntesis (WSRT), se uporabljajo za preslikavo intenzivnosti in radialne hitrosti emisije HI 21 cm po galaksiji. To ponuja podrobno sliko porazdelitve in kinematike vodikovega plina.

* Konstrukcija krivulje vrtenja: Ob predpostavki, da je krožna orbita (razumen približek za večji del plina), je radialna hitrost plina na določeni razdalji od središča neposredno povezana s hitrostjo vrtenja galaksije na tej razdalji. Z združevanjem podatkov o hitrosti na več polmerov lahko astronomi konstruirajo krivuljo vrtenja in jo razširijo daleč čez območje, ki je vidno v Starlight.

Poleg HI 21-cm lahko prispevajo tudi druge tehnike, čeprav manj obsežno zunaj optičnega polmera:

* Molekularni plin (CO): Molekule ogljikovega monoksida (CO) so tudi dobri sledilci plina, zlasti v gostejših območjih spiralnih galaksij. Opazovanja emisijskih linij CO se lahko uporabijo tudi za sklepanje o hitrosti vrtenja, čeprav običajno pri manjših polmevih kot HI.

* hα emisija: Medtem ko so v glavnem povezani z območji tvorbe zvezd, je mogoče emisije Hα včasih zaznati pri večjih polmerih, kar v določenih primerih zagotavlja informacije o hitrosti.

* Gravitacijsko lečo: V nekaterih primerih se lahko za sklepanje o porazdelitvi mase in s tem na krivulji vrtenja uporabijo gravitacijski učinki leče na galaksije na predmete v ozadju. Ta tehnika pa je manj neposredna in se opira na prefinjeno modeliranje.

Pomembno si je zapomniti, da se razširitev krivulje vrtenja zunaj optičnega polmera opira na predpostavko, da je opazovani plin dober sledilec celotne porazdelitve mase. Neskladje med opazovanimi krivuljami vrtenja in krivuljami vrtenja, predvidenih samo iz vidne snovi, je privedlo do postulacije temne snovi.