Comment les courbes de rotation des galaxies en spirale sont-elles déterminées au-delà des rayons où la lumière des étoiles peut être détectée?
Voici comment cela fonctionne:
* Émission de ligne 21 cm: Les atomes d'hydrogène neutres émettent des ondes radio à une fréquence spécifique de 21 cm. Cette émission est beaucoup plus faible que la lumière des étoiles, mais elle pénètre efficacement les nuages de poussière et peut être détectée même loin du centre galactique.
* Doppler Shift: La vitesse de l'hydrogène gazeux le long de la ligne de vue provoque un décalage Doppler dans la fréquence de l'émission de 21 cm. Le gaz se déplaçant vers nous a une fréquence légèrement plus élevée, et le gaz s'éloignait a une fréquence légèrement plus faible. En mesurant ce décalage, les astronomes peuvent déterminer la vitesse radiale du gaz à différentes distances du centre galactique.
* cartographie le gaz: Les radio-télescopes, souvent de grands tableaux comme le très grand tableau (VLA) ou le radiotélescope de synthèse de Westerbork (WSRT), sont utilisés pour cartographier l'intensité et la vitesse radiale de l'émission Hi 21 cm à travers la galaxie. Cela fournit une image détaillée de la distribution et de la cinématique de l'hydrogène gazeux.
* Construction de la courbe de rotation: En supposant une orbite circulaire (une approximation raisonnable pour une grande partie du gaz), la vitesse radiale du gaz à une distance donnée du centre est directement liée à la vitesse de rotation de la galaxie à cette distance. En combinant les données de vitesse à plusieurs rayons, les astronomes peuvent construire la courbe de rotation, l'étendant bien au-delà de la région visible à la lumière des étoiles.
En plus de HI 21 cm, d'autres techniques peuvent contribuer, bien que moins largement au-delà du rayon optique:
* gaz moléculaire (CO): Les molécules de monoxyde de carbone (CO) sont également de bons traceurs de gaz, en particulier dans les régions plus denses des galaxies spirales. Les observations des lignes d'émission de CO peuvent également être utilisées pour déduire les vitesses de rotation, bien que généralement à des rayons plus petits que HI.
* Hα émission: Bien que principalement associé aux régions de formation des étoiles, l'émission de Hα peut parfois être détectée à des rayons plus grands, fournissant des informations de vitesse dans certains cas.
* lentille gravitationnelle: Dans certains cas, les effets de lentille gravitationnelle de la masse de la galaxie sur les objets de fond peuvent être utilisés pour déduire la distribution de masse et donc la courbe de rotation. Cette technique, cependant, est moins directe et repose sur une modélisation sophistiquée.
Il est important de se rappeler que l'extension de la courbe de rotation au-delà du rayon optique repose sur l'hypothèse que le gaz observé est un bon traceur de la distribution de masse globale. L'écart entre les courbes de rotation observées et les courbes de rotation prédites à partir de la matière visible seule a conduit à la postulation de matière noire.