A forgatás görbéje egy galaxis leírható egy grafikon , amely parcellák a pályamenti sebessége a csillag vagy gáz a Galaxy a Y tengelyre függvényében való távolsága a központtól a galaxis a X tengelyen .
A forgó részecskék korongjainak forgatására vonatkozó általános szabályt (vagy törvényt) a következőképpen lehet megfogalmazni: Az egyenletes tömegeloszlású galaxisok görbületei növekszik a közepétől a széléig. A korong közepén maggal rendelkező galaxisok (az ábrán B vonal) lapos, vízszintes elforgatási görbével rendelkeznek a középponttól a szélekig, míg azok a rendszerek, amelyekben a tömeg nagy része forgó korongjuk közepére koncentrálódik (szaggatott vonal) Az A ábra), mint például a Nap bolygórendszere vagy a Jupiter holdrendszere, csökkenő forgásgörbével rendelkezik a közepétől a széléig.
Néhány csillag megfigyelhető, hogy galaxisuk közepe körül állandó sebességgel, a galaxis közepétől széles távolságban forog. Így kiszámíthatjuk, hogy a központi maggal rendelkező anyagkorong körül forognak. A legtöbb alacsony felületi fényerővel rendelkező galaxis (LSB, az angol L ow S urface B jobbságtól kezdve ) növekvő forgásgörbében forog a középponttól a szélekig, jelezve, hogy csak gyenge központi magjuk van. A csillagok pedig sokkal gyorsabban forognak, mintha szabad newtoni potenciálban lennének .
A probléma a forgása galaxisok a különbség az értelmezése a megfigyelt fénysűrűség-tömeg arány az anyag a lemez részei spirálgalaxisoknak és a fénysűrűség-tömeg arány az anyag a magban galaxisok . Jelenleg úgy gondolják, hogy ez a különbség elárulja a sötét anyag jelenlétét, amely behatol a galaxisba és kiterjed a glóriájába . Egy másik magyarázat abban rejlik, hogy a módosítás a gravitáció törvényei által javasolt, a MOND elmélet (angol ( MO dified N ewtonian D ynamics, francia nyelven: Dynamique Newtonienne módosítva).
1959-ben Louise Volders bebizonyította, hogy az M33 spirálgalaxis (a Háromszög galaxis ) nem forog, ahogy az várható volt Kepler dinamikájától , ami az 1970-es években sok más spirálgalaxisra is elterjedt. Ezen modell, az anyag (például csillagok és gáz) a lemez része egy spirálgalaxis kell pályára körül a galaxis középpontja azonos módon, hogy a bolygók a Naprendszer keringenek a Nap körül, vagyis törvényei szerint a newtoni mechanika. Ennek alapján azt lehetne várni , hogy a tömegeloszlások többségétől meghatározott távolságra elhelyezkedő objektum átlagos pályasebessége fordítottan csökken a pálya sugárának négyzetgyökével (az 1. ábra szaggatott vonala). A különbségek felfedezésekor azt gondolták, hogy a galaxis tömegének nagy részének a galaktikus magban kell lennie a központ közelében. A forgás irányát a galaxis kialakulásának módja határozta meg.
A spirális galaxisok forgási görbéjének megfigyelései azonban ezt nem erősítik meg. Éppen ellenkezőleg, a görbék nem a várt módon csökkennek a négyzet inverzének függvényében, hanem "laposak"; a központi magon kívül a sebesség majdnem állandó a sugár függvényében (folytonos vonal az 1. ábrán). A magyarázat, amely előírja, finomhangolás , hogy a fizikai törvények a világegyetem , hogy a létezése jelentős mennyiségű anyag messze a városközponttól galaxisok, amelyek nem bocsát ki fényt a tömeg / fény aránya. A központi mag. A csillagászok szerint ez az extra tömeg a galaktikus glóriában található sötét anyagnak köszönhető , amelynek létezését Fritz Zwicky kezdetben mintegy negyven évvel korábban feltételezte a galaxishalmazok tömegeinek tanulmányozása során . Manapság rengeteg megfigyelési bizonyíték áll rendelkezésre, amelyek rámutatnak a hideg sötét anyag jelenlétére , és létezése az univerzum kozmológiáját leíró ΛCDM modell fő alkotóeleme .
A galaxisok forgási görbéinek legújabb munkája, amelyeknek a sötét anyag létezésének meggyőződésében betöltött szerepe volt a legmeghatározóbb, néhány legfontosabb kihívást jelent. Az 1990-es években az alacsony felületi fényerejű galaxisok (LSB galaxisok vagy az angol Low Surface fényerő galaxisok ) forgási görbéinek részletes vizsgálata és a Tully-Fisher reláción belüli helyzetük megmutatta, hogy nem viselkednek a várt módon. Ezeket a galaxisokat bizonyára meglepő módon a sötét anyag uralta. Azonban az ilyen törpe galaxis domináló sötét anyag lehet a kulcsa, hogy oldja meg a törpe galaxis probléma a szerkezet kialakulását .
A sötét anyag elméletének, vagy legalábbis legnépszerűbb formájának, a hideg sötét anyagnak ( a hideg sötét anyag (CDM) az angol hideg sötét anyagnak) további kihívásai elősegítik az alacsony felületi fényességű galaxisok központjának elemzését. A CDM-en alapuló numerikus szimulációk megjósolták a forgási görbék alakját a sötét anyag által uralt rendszerek középpontjában, mint például ezek a galaxisok. A tényleges forgásgörbék megfigyelése nem mutatta meg a megjósolt alakokat. Az elméleti kozmológusok megoldható kérdésnek tartják ezt a hideg sötét anyag Halo koncentrációs problémának nevezett problémát .
Azt, hogy a sötét anyag ezen elméletét továbbra is védik a galaxisok forgási görbéjének magyarázataként, az magyarázza, hogy a sötét anyagra vonatkozó bizonyíték nem csak ezekből a görbékből származik. Ez az egyetlen, amely sikeresen szimulálja a galaxisok eloszlásában látható nagy méretű struktúrák kialakulását , valamint megmagyarázza a galaxiscsoportok és -halmazok dinamikáját (ahogy Zwicky kezdetben javasolta). A sötét anyag a gravitációs lencse megfigyelések eredményeit is helyesen jósolja .
Korlátozott számú kísérlet van arra, hogy alternatív magyarázatokat találjon a sötét anyagra a galaxisok forgási görbéinek magyarázatához. Az egyik tárgyalt a MOND elmélet (az angol Mo dified N ewtonian D ynamics), eredetileg javasolt, mint egy fenomenológiai magyarázatot 1983 óta, de amely azt találtuk, hogy egy elektromos prediktív a forgási görbéi LSB galaxisok. Ez azt feltételezi, hogy a gravitáció fizikája nagy léptékben változik, de egészen a közelmúltig nem volt relativisztikus elmélet. Ez azonban megváltozott a Tensor-Vector-Scalar Gravity Theory (TeVeS) fejlődésével. Sikeresebb alternatíva a Moffat módosított gravitációs elmélete ( MO dified G ravity, MOG) , mint például a skalár-tenzor-vektor gravitáció (STVG). Brownstein és Moffat alkalmazta a MOG elméletet a galaxisok forgási görbéinek kérdésére, és alkalmazta az adaptációkat több mint 100 LSB galaxis, valamint a HSB galaxisok nagy mintájára (nagy felületű fényerő esetén, franciául haute brilliance felület). vagy törpe galaxisok . Minden galaxis forgási görbéjét sötét anyag nélkül illesztettük, csak fotometriai adatokat (csillaganyag és látható gáz) és felváltva kétparaméteres tömegeloszlási modellt használva , amely nem feltételezte a tömeg / fény arányt. Az eredményeket összehasonlítottuk a MOND eredményeivel, és szinte válogatás nélkül voltak a forgási görbék adatainak határán, míg a MOND örökké sík rotációs görbét jósolt, míg a MOG a gravitációs erő törvényének végleges visszatérését jósolta négyzetes fordított irányban. Noha ezeket az alternatívákat a csillagászati közösség még nem tartja olyan meggyőzőnek, mint a gravitációs lencsék sötétanyag-modelljének vizsgálata eszköz lehet arra, hogy az alternatív gravitációs elméletek jóslatait elválasszák a sötét anyag magyarázataitól.