🌌 Гало темної матерії

Гало темної матерії — це приблизно сферична область гравітаційно зв'язаної темної матерії, що оточує галактику чи скупчення галактик. На відміну від звичайної баріонної матерії (зорі, газ, пил), темна матерія не випромінює, не поглинає й не відбиває світло, проте забезпечує більшість загальної маси галактики. Для галактики розміром із Чумацький Шлях гало темної матерії простягається на сотні кілопарсеків від галактичного центру.

Використовуйте три повзунки, щоб змінювати масу гало (log M₂₀₀ від 10 до 14 сонячних мас), параметр концентрації c (від 2 до 30) і зоряну частку f★ (від 0 до 0,15). Кнопки пресетів миттєво завантажують конфігурації для Чумацького Шляху, карликової галактики, багатого скупчення, галактики низької поверхневої яскравості або гіпотетичного випадку «без темної матерії».

Ньютонівська гравітація передбачає, що, якщо більшість маси галактики зосереджена у видимому зоряному диску, орбітальні швидкості мали б спадати з відстанню від центру (кеплерівський спад, як у планет навколо Сонця). Натомість спостереження стабільно показують, що швидкості обертання залишаються приблизно сталими — або навіть зростають — на великих радіусах. Це пояснюється масивним гало темної матерії, чия густина спадає достатньо поступово, щоб забезпечити достатню охоплену масу для підтримання пласких швидкостей.

Профіль густини NFW — це rho(r) = rho₀ / [(r/rₛ)(1 + r/rₛ)²], де rₛ = r₂₀₀ / c — масштабний радіус, а rho₀ — характеристична густина, задана повною масою гало. Параметр концентрації c описує, наскільки централізовано зосереджено гало: вище c означає крутіший центральний пік і більше маси в межах rₛ.

Пресет Чумацького Шляху (log M₂₀₀ = 12, c = 10) відповідає оцінкам для нашої власної галактики, з масою гало близько 10¹² сонячних мас. Пресет карликової галактики (log M = 10,5, c = 20) нагадує системи на кшталт Великої Магелланової Хмари. Пресет багатого скупчення (log M = 14,2, c = 5) порівнюваний із гало скупчень Діви чи Волосся Вероніки, менш концентрованих, бо вони сформувалися пізніше в космічний час.

Пласкі криві обертання узгоджуються як із гало темної матерії, так і з модифікованою ньютонівською динамікою (MOND), феноменологічною альтернативою, запропонованою Мордехаєм Мілгромом 1983 року. Однак скупчення Куля (1E 0657-56) дає вагомий доказ на користь темної матерії як фізичної субстанції: маса гравітаційного лінзування двох зіштовхнутих скупчень просторово зміщена відносно гарячого газу.

Фріц Цвіккі вперше зробив висновок про невидиму масу в скупченнях галактик 1933 року, вимірюючи дисперсії швидкостей у скупченні Волосся Вероніки. Ян Оорт помітив відсутню масу в галактичному диску в 1930-х роках. Вера Рубін і Кент Форд надали найпереконливіші систематичні докази в 1970-1978 роках із точними оптичними кривими обертання десятків спіральних галактик.

Гало темної матерії пов'язані з гравітаційним лінзуванням (масивні гало викривляють світло фонових галактик, створюючи дуги й кільця Ейнштейна), злиттями галактик (гало зливаються ієрархічно, будуючи більші структури), космічною павутиною (гало формуються у вузлах філаментів темної матерії) та супутниковими галактиками (менші підгало всередині більшого гало-господаря містять карликові супутникові галактики).