星の速さから、見えない質量を考える
銀河の中心から遠い星は、どれくらいの速さで回るでしょう。見えている物質だけの計算に、広がった追加の質量を加えて比べます。
まず試す「追加の質量を入れる」を押してください。
見るところグラフ右側の速さと、2本の線の開きに注目。
条件を変える
追加成分だけの速度が、遠方で近づく値です。
1 kpcは約3,260光年。銀河内の距離の単位です。
いま、何が起きた？
ひとことで
回る速さを重力の法則と組み合わせると、光で見えない質量も調べられます。
なぜそうなる？
円を描いて動く星には、進む向きを内側へ曲げる力が必要です。外側まで質量が広がっていると、外側の星も速く回れる計算になります。ここでは観測を当てはめる前の「考え方」を試しています。
ことばを確認する
- 回転曲線
- 銀河の中心からの距離と、回る速さを組にしたグラフ。
- ハロー
- 銀河を取り囲んで広がる成分。ここでは光を出さない質量の模型です。
詳しい計算と、この模型の限界
計算方法
見える成分の内包質量 M(r)=6×10¹⁰ M☉ × r²/(r+3)²。v見える²=G M(r)/r。追加成分は v追加²=V²r²/(r²+5²)。合計 v²=v見える²+v追加²。rはkpc、G=4.30091×10⁻⁶ kpc (km/s)²/M☉。
ここでは分からないこと
すべて設計した質量分布からの計算です。実測点ではありません。球対称・円運動という近似で、実際の薄い円盤の重力とは異なります。曲線1枚から暗黒物質の正体や、他の重力理論の成否まで断定できません。追加成分を無限遠まで延ばす模型としては使いません。