Curvas de rotación planas y potencial gravitatorio

He estado leyendo sobre las curvas de rotación de las galaxias espirales y tengo una pregunta que me gustaría aclarar.

Por ejemplo, muchos de ellos tienen curvas de rotación planas después de cierta distancia característica. r > r C desde el centro Si esto es así, entonces, cuando uno calcula el potencial gravitacional resolviendo:

v 2 = r d ϕ d r ,

significa que a grandes distancias, donde v ( r ) es casi constante, ϕ ( r ) aumenta como un logaritmo de la distancia.

Si uno sigue poniendo partículas masivas en las partes exteriores de la galaxia; uno tiene dos opciones:

  1. La velocidad es casi constante en un rango de distancia finito y luego, casi en el borde de la galaxia, comienza a disminuir.
  2. La velocidad sigue siendo constante hasta r → + ∞ .

Si 1) es cierto, entonces ¿por qué es necesaria la materia oscura para incrustar a toda la galaxia en un halo, ya que en el borde de la galaxia todo vuelve a ser kepleriano?

Si 2) es cierto, entonces, dado que una partícula masiva clásica no puede tunelizar la barrera potencial creada por ϕ ( r ) ∼ en ⁡ ( r / r C ) , ¿no significa que hay un corte radial r Λ para cada partícula tal que no puede moverse más allá de esa órbita de radio r Λ ? ¿No significa que la galaxia es un objeto finito y autoatado?

Respuestas (1)

(1) es correcta: la velocidad permanece más o menos constante hasta un radio finito en cuyo punto comienza a caer (acercándose a Keplerian). Esto ocurre porque la extensión del halo de materia oscura se extiende a radios más grandes que la galaxia, generalmente un factor de alrededor de 2 a 10 (pero es difícil de medir) para el ' radio virial' (que mide la extensión del halo) en comparación con la 'media luz/radio efectivo' de la galaxia

Está considerando un tipo específico de halo, por ejemplo, NFW o Burkert. Ellos dan v ( r ) ∼ 1 / r para grandes valores de r . Pero NFW enfrenta muchos problemas y Burkert es fenomenológico, por lo que no hay física detrás. entonces, 2) no parece tan loco
@ user115376 No hay observaciones de curvas de rotación en radios lo suficientemente grandes (cientos de kpc) para mostrar la caída. (2) no tiene sentido porque requiere una cantidad infinita de masa para todos los halos (sin mencionar que las partículas se mueven dinámicamente en lugar de cuánticamente). A las centenas de kpc, los halos se truncan debido a las interacciones de las mareas con los entornos locales, y solo a escalas ligeramente mayores (Mpc) comienzas a encontrarte con otros halos y una estructura de mayor escala.
Si el potencial gravitatorio total (bariones+materia oscura) aumenta con las distancias, ya que una partícula no puede tener una energía infinita, de lo contrario no se forman estructuras, hay un radio por encima del cual una partícula masiva con energía E no puede moverse. Integrando hasta ese radio de corte, no se requiere una masa infinita.
@ user115376 Claro, pero debe considerar partículas de todas las energías, incluidas las que se acercan a cero (es decir, no unidas) y más allá ... El universo no es un halo / potencial único, aislado y perfectamente uniforme. Si desea obtener más información, debe consultar las simulaciones cosmológicas de materia oscura (por ejemplo, Millennium ) que son la estructura de densidad y los perfiles resultantes.
Los rayos cósmicos de energía extrema tienen energías que exceden 5 × 10 19 mi V : esta energía es todavía finita. La partícula cargada irradiará. El problema en 2) surgen cuando partículas neutras de alta energía: fotones+neutrinos. Fotones, no hay problema, el potencial efectivo, solo representa la lente gravitatoria. Neutrinos, dos casos. a) Apéguese al modelo estándar y considere sin masa. Lo mismo que los fotones. b) Vaya a BSM y considere la masa. Interactúan débilmente y no electromagnéticamente, no importa si pueden alcanzar "energías infinitas" al final no las verás. Esto no es una contradiccion.
recuerda que Millenium Simulation se ejecuta con Λ − CDM y es el que a pequeña escala da el perfil NWF, que precisamente enfrenta muchos problemas en el centro de las galaxias, por ejemplo. Solo la retroalimentación bariónica podría aplanar el perfil de densidad alrededor r = 0 como se sugiere en Chan TK et. Alabama. 2015. Por eso me quedo un poco con la idea de que el 2) podría ser un motivo, o al menos, no me parece una idea descabellada.
@ user115376 Esto está completamente fuera de su pregunta original, y muy fuera de la física convencional, pero no importa que las energías aún sean finitas ... el problema es que las partículas tienen radios grandes, apenas unidas al halo del anfitrión --- es decir, casi cero (con el negativo ligado y el positivo no ligado). Siéntase libre de publicar una nueva pregunta sobre por qué (2) no tiene sentido.
Lo siento pero las respuestas que das no me convencen, este es un foro abierto para el intercambio de ideas.
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