Curve di rotazione galassie a spirale oltre la luce visibile

Determinare le curve di rotazione delle galassie a spirale oltre il raggio ottico (dove la luce stellare diventa troppo debole) si basa principalmente sull'osservazione dell'emissione della linea a 21 cm dell'idrogeno neutro (HI).

Come funziona

• Emissione linea a 21 cm: Gli atomi di idrogeno neutro emettono onde radio a 21 cm. Questa emissione penetra efficacemente le nuvole di polvere e può essere rilevata lontano dal centro galattico.
• Effetto Doppler: La velocità del gas idrogeno lungo la linea di vista causa uno spostamento Doppler nella frequenza di 21 cm. Il gas che si avvicina a noi ha frequenza più alta; che si allontana ha frequenza più bassa. Misurare questo spostamento determina la velocità radiale a diverse distanze dal centro.
• Mappatura del gas: Radiotelescopi (es. Very Large Array, Westerbork Synthesis Radio Telescope) mappano l'intensità e la velocità radiale dell'emissione HI a 21 cm attraverso la galassia, fornendo distribuzione e cinematica del gas idrogeno.
• Costruzione della curva di rotazione: Assumendo orbite circolari (ragionevole per gran parte del gas), la velocità radiale a una data distanza si relaziona direttamente alla velocità di rotazione. Combinando i dati di velocità a multipli raggi si costruisce la curva di rotazione ben oltre la luce stellare visibile.

Tecniche aggiuntive

• Gas molecolare (CO): Il monossido di carbonio traccia regioni più dense, usato per velocità di rotazione a raggi più piccoli rispetto all'HI.
• Emissione Hα: Associata alla formazione stellare, talvolta rilevata a raggi maggiori per informazioni di velocità.
• Lente gravitazionale: Gli effetti di massa della galassia su oggetti sullo sfondo possono dedurre la distribuzione di massa e la curva di rotazione. Meno diretto, si affida a modellazione sofisticata.

Estendere la curva di rotazione oltre il raggio ottico presuppone che il gas osservato tracci la distribuzione complessiva della massa. La discrepanza tra le curve osservate e le previsioni dalla sola materia visibile ha portato all'ipotesi della materia oscura.