Массы галактик

Массы галактик можно оценить на основании линейных скоростей вращения их внешних частей. Скорости вращения \(v\) устанавливают путем сравнения смещений спектральных линий в различных частях галактики.

Предположим, что вся масса \(M\) галактики сконцентрирована в ее центре и вращение происходит по законам Кеплера. Тогда из второго закона Ньютона \(F = ma\) (\(a = \frac{v^{2}}{R}\) - центростремительное ускорение) с учетом движения тел в поле сил тяготения \(F = G\frac{mM}{R^{2}}\) получим: \[\frac{GM}{R^{2}} = \frac{v^{2}}{R},\] где \(R\) - радиус галактики. После преобразований получим выражение для нахождения массы галактики: \[M = \frac{Rv^{2}}{G}.\]

Для галактик, как и для звезд, имеется определенная зависимость между массой и светимостью. Эта зависимость используется для вычисления масс галактик. Однако оценки масс галактик по их светимостям получались значительно меньше, чем по вращению галактик. Это явление было названо «парадоксом скрытой массы». Чтобы объяснить его, нужно предположить, что где-то в галактике расположена несветящаяся, темная материя.

В 70-х гг. ХХ в. с помощью методов рентгеновской астрономии был открыт горячий межгалактический газ. По температуре газа можно оценить массу его скоплений. Первые результаты рентгеновских наблюдений горячего газа в группах галактик подтвердили присутствие в них скрытой массы, не входящей в состав отдельных галактик. Сегодня астрономы достаточно уверенно заключают: Вселенная в основном заполнена невидимым веществом. Оно образует протяженные гало галактик и заполняет межгалактическое пространство, концентрируясь в скоплениях галактик.

Спектральные наблюдения, проделанные с использованием космического телескопа Хаббла и крупных современных наземных телескопов, подтвердили наличие больших масс (около 50 млн масс Солнца) несветящегося вещества в ядрах ряда галактик.

Читать далее