¿Cuáles son los argumentos en contra de la explicación del disco delgado de Feng y Gallo de las curvas de rotación galáctica?

Feng & Gallo ha publicado una serie de artículos extremadamente similares, todos los cuales esencialmente afirman que han "descubierto" una gran falla en la forma en que (algunos) astrofísicos piensan sobre las curvas de rotación. En lugar de asumir una simetría esférica, intentan resolver la distribución de masa, utilizando una curva de rotación, sin asumir una simetría esférica, sino adoptando una geometría plana con simetría cilíndrica.

Por supuesto que tienen un punto; las afirmaciones de que la curva de rotación plana se puede comparar con una predicción kepleriana (que supone una simetría esférica o que toda la masa está concentrada en el centro) son demasiado simplistas. Hasta ahora todo bien, pero luego afirman que su análisis es compatible con la masa estelar total de las galaxias y que no se requiere materia oscura.

Entonces, en su modelo plano (y obviamente esto también está abierto a críticas) invierten las curvas de rotación para obtener una distribución de densidad de superficie radialmente dependiente que cae pseudo-exponencialmente.

Problema 1: Admiten (por ejemplo, en Feng & Gallo 2011 ) que "la densidad de masa superficial disminuye hacia la periferia galáctica a un ritmo más lento que el de la densidad de luminosidad. En otras palabras, la relación masa-luz en una galaxia de disco no es una constante". ¡Esto es un eufemismo! Encuentran longitudes de escala exponenciales para la masa que son alrededor del doble (o más para algunas galaxias) de las longitudes de escala de luminosidad, por lo que esto implica un aumento enorme e inexplicable en la proporción promedio de masa a luz de la población estelar con radio. Para la Vía Láctea dan una longitud de escala de luminosidad de 2,5 kpc y una longitud de escala de masa de 4,5 kpc, por lo que la$M/L$proporción va como$\exp[0.18r]$, con radio en kpc (por ejemplo, aumenta por un factor de 4 entre 2 kpc y 10 kpc). Argumentan que esto puede deberse a la negligencia en su modelo del bulto galáctico, pero no explican por completo cómo esto podría afectar la relación masa-luz de una manera tan extrema.

Problema 2: en su modelo, derivan una densidad de masa superficial del disco en la vecindad solar entre 150 y 200$M_{\odot}/pc^2$. Mayoría ($\sim 90$%) de las estrellas en la vecindad solar son estrellas de "disco delgado", con una altura de escala exponencial de entre$z_0= 100-200$ordenador personal. Si asumimos que la distribución de la densidad es exponencial con la altura sobre el plano y que el Sol está cerca del plano (en realidad, está aproximadamente 20% sobre el plano, pero esto hace poca diferencia), una densidad de masa superficial total de$\sigma = 200M_{\odot}/pc^2$implica una densidad de masa volumétrica local de$\rho \simeq \sigma/2z_0$, que es de orden$0.5-1 M_{\odot}/pc^3$para el rango considerado de posibles alturas de escala. La densidad de masa total en el disco galáctico cerca del Sol, derivada de la dinámica de las estrellas observada por Hipparcos, en realidad es solo$0.076 \pm 0.015 M_{\odot}/pc^3$( Creze et al. 1998 ), que no cumple con los requisitos de Feng & Gallo por un orden de magnitud . (Esto no molesta al modelo de materia oscura fría no bariónica porque la masa adicional (oscura) no está concentrada en el plano de la Galaxia).

Problema 3: Para los discos más truncados que consideren, con arista en$r=15$kpc, la masa total de la galaxia es$1.1\times10^{11}\ M_{\odot}$(nuevamente de Feng & Gallo 2011 ). La afirmación es entonces que esto "está en muy buen acuerdo con el conteo de estrellas de la Vía Láctea de 100 mil millones (Sparke & Gallagher 2007)". no estaría de acuerdo Suponiendo que las "estrellas" cubran el rango de masa estelar completo, entonces no estaría en desacuerdo con el número de 100 mil millones; pero la masa estelar promedio es de aproximadamente$0.2\ M_{\odot}$(por ejemplo , Chabrier 2003 ), por lo que esto implica$\sim 5$veces más masa que la que hay en las estrellas (es decir, esencialmente la misma objeción que el problema 2, pero ahora integrada sobre la Galaxia). El gas podría cerrar un poco esta brecha, las enanas blancas/enanas marrones hacen contribuciones menores/insignificantes, pero aún así terminamos requiriendo algún componente "oscuro" que domine la masa, incluso si no es tan extremo como los modelos de halo de materia oscura pseudoesférica. Incluso si se encontrara un factor de 5 de materia oscura bariónica adicional (gas, material molecular, pelotas de golf perdidas), esto aún deja el problema de los puntos 1 y 2: ¿por qué esta materia oscura no sigue a la materia luminosa y por qué no traiciona su existencia en la cinemática de objetos perpendiculares al disco.

Problema 4: Feng & Gallo no incluye ninguna discusión o consideración de las poblaciones más extendidas de la Vía Láctea. En particular, no consideran los movimientos de cúmulos globulares distantes, halos de estrellas o galaxias satélite de la Vía Láctea, que pueden estar a 100-200 kpc del centro galáctico (por ejemplo, Bhattachargee et al. 2014 ). A estas distancias, cualquier masa asociada con la materia luminosa en el disco en$r \leq 15$kpc se puede aproximar bien usando la suposición Kepleriana. La consideración adecuada de estos parece sugerir una masa mínima mucho mayor para la Vía Láctea independientemente de cualquier suposición sobre su distribución, aunque quizás no en las regiones internas (luminosas) donde la materia oscura parece no ser dominante y que es donde se lleva a cabo el análisis de F&G. . es decir, el factor de 5-10 masa "faltante" mencionado anteriormente puede ser bastante consistente con lo que otros dicen sobre la masa total del disco y la materia oscura requerida dentro de los 15 kpc del centro galáctico (por ejemplo , Kafle et al. 2014). Dicho de otro modo, la dinámica de estos objetos tan distantes requiere una gran cantidad de masa en un halo esférico de la Vía Láctea, mucha más que la materia luminosa e incluso más que la derivada por Feng & Gallo. Por ejemplo, Kafle et al. modele la masa (adecuadamente, usando la ecuación de Jeans) como una protuberancia esferoidal, un disco y un halo esférico (oscuro) usando las dispersiones de velocidad de las estrellas del halo hasta 150 kpc. Encuentran que la masa total de la galaxia es$\sim 10^{12} M_{\odot}$y alrededor del 80-90% está en el halo oscuro esférico. Sin embargo, este halo oscuro casi no contribuye a la densidad de masa en el disco cerca del Sol.

Problema 5: (Y para ser justos, creo que esto está más allá del alcance de lo que están haciendo Feng & Gallo) Feng & Gallo trata este problema de forma aislada sin considerar cómo sus ideas rivales podrían impactar en todas las demás observaciones que la oscuridad no bariónica se trajo la materia para resolver. A saber, la dinámica de las galaxias en cúmulos, la lente por cúmulos, las ondas CMB, la formación de estructuras y la abundancia de nucleosíntesis primordial para indicar los más obvios. Un nuevo paradigma debe funcionar al menos tan bien como el anterior para ser considerado competitivo.

Feng y Gallo y otros antes que ellos se preguntan cuál es la distribución de masa esperada derivada del perfil de rotación, suponiendo que la materia se distribuye completamente en el disco (es decir, en un plano). Hay una solución con la densidad cayendo aproximadamente como exponencial. El problema es que no sigue la ley de densidad que obtenemos de la distribución de la luz. A partir de la distribución de la luz, incluida la información espectral de UV a radio, conocemos la distribución estelar y la distribución de gas. Feng and Gallo encuentra una caída de densidad que es menos profunda. En otras palabras, también necesita un componente de "masa faltante" (aunque menos que la materia oscura), pero ahora debe distribuirse en un disco plano. ¿Es este el preferido?

Luego está el problema de que no ayudaría a explicar la dispersión de alta velocidad en grupos y cúmulos. Y, además de eso, no ayudaría a explicar cómo las galaxias y los cúmulos se formaron tan rápido dado que la densidad del universo comenzó siendo tan uniforme.