Come vengono determinate le curve di rotazione delle galassie a spirale oltre i raggi in cui è possibile rilevare la luce delle stelle?
Ecco come funziona:
* emissione di linea 21 cm: Gli atomi di idrogeno neutri emettono onde radio a una frequenza specifica di 21 cm. Questa emissione è molto più debole della luce delle stelle, ma penetra efficacemente le nuvole di polvere e può essere rilevata anche lontano dal centro galattico.
* Doppler Shift: La velocità del gas idrogeno lungo la linea di vista provoca uno spostamento Doppler nella frequenza dell'emissione di 21 cm. Il gas che si muove verso di noi ha una frequenza leggermente più alta e il gas che si allontana ha una frequenza leggermente inferiore. Misurando questo spostamento, gli astronomi possono determinare la velocità radiale del gas a diverse distanze dal centro galattico.
* Mappatura del gas: Le radiotelescopi, spesso grandi array come l'array molto grande (VLA) o la sintesi di Westerbork, il radiotelescopio (WSRT), sono usati per mappare l'intensità e la velocità radiale dell'emissione di Hi 21-cm attraverso la galassia. Ciò fornisce un quadro dettagliato della distribuzione e della cinematica del gas idrogeno.
* Costruzione della curva di rotazione: Supponendo un'orbita circolare (una ragionevole approssimazione per gran parte del gas), la velocità radiale del gas a una data distanza dal centro è direttamente correlata alla velocità di rotazione della galassia a quella distanza. Combinando i dati di velocità in più raggi, gli astronomi possono costruire la curva di rotazione, estendendoli ben oltre la regione visibile alla luce delle stelle.
Oltre a HI 21-cm, altre tecniche possono contribuire, sebbene meno ampiamente oltre il raggio ottico:
* Gas molecolare (CO): Le molecole di monossido di carbonio (CO) sono anche buoni traccianti del gas, in particolare nelle regioni più dense delle galassie a spirale. Le osservazioni delle linee di emissione di CO possono anche essere utilizzate per dedurre le velocità di rotazione, sebbene in genere a raggi più piccoli di HI.
* Emissione Hα: Mentre principalmente associati alle regioni di formazione di stelle, l'emissione di Hα può talvolta essere rilevata su raggi più grandi, fornendo informazioni sulla velocità in alcuni casi.
* Lensing gravitazionale: In alcuni casi, gli effetti di lente gravitazionale della massa della galassia sugli oggetti di fondo possono essere usati per dedurre la distribuzione di massa e quindi la curva di rotazione. Questa tecnica, tuttavia, è meno diretta e si basa sulla modellazione sofisticata.
È importante ricordare che l'estensione della curva di rotazione oltre il raggio ottico si basa sul presupposto che il gas osservato sia un buon tracciante della distribuzione generale di massa. La discrepanza tra le curve di rotazione osservate e le curve di rotazione previste dalla sola materia visibile ha portato alla postulazione della materia oscura.