探索宇宙-揭秘神秘的暗物质：星系“潜在的”质量终于浮出水面

我们的宇宙充满了神秘感。其中一个与“潜在的”重力有关。很多大星系都有几个小星系，也就是它们的卫星星系。它们围绕中心星系旋转，分析它们的运动可以估计大星系的质量。如果中央星系完全在其卫星星系的轨道内，那么作用在所有这些卫星星系上的重力就会受到一个和相同的引力质量的制约。旋转速度由牛顿定律决定，并随半径的增大而减小。

最近人们发现，我们的银河系、仙女座星系和其他一些星系的卫星群并没有遵循牛顿定律。在高达10个星系半径的距离上测量卫星星系的速度，结果是它们不随半径而减小，而是保持（以已知的速度）不变。

图1

（1Kpc=1000pc=3260光年。1pc约等于3.26光年，）

在旋转曲线上的一条虚线证明了这一事实（图1）。在星系卫星运动中违反这一定律，产生了这个假设：中央星系的质量实际上并不受到照片上看到的这部分空间的影响，而是更大空间上的。

与恒星相反，这个额外的质量不会发出光，它是看不见的，但除了恒星本身的重力外，还会增加相当大的额外重力。

因此，星系周围的“潜在”质量（暗能量）这个术语被引入。

潜在质量在本质上：它们形成了一定程度的星系“星系冕”，也就是说，存在于星系之外，因此星系卫星不是在真空中移动，而是在看不见的引力场中移动。

图1所示的曲线绘制了相当数量的大星系，它们都有一个范围的外部区域，旋转速度保持更多或保持不变。银河系的星系冕至少延伸到60Kpc，可能高达100Kpc（32.6万光年），它的质量可能和~1012兆（太阳）一样大。需要注意的是，星系盘的半径为~15kpc，质量为~1011兆（太阳）。

潜在质量的密度（它们的引力作用）从中心到外部下降，在相当长的距离上，它下降得越来越多，并减少到零。潜在的质量也表现在星系团和星系团的动力学中。它们似乎主要聚集在星系团中质量最大的星系周围，从而形成了它们的星系冕。

因此，从上述情况中可以说，潜在质量的行为是相当出乎意料的。它们只“爱”大星系，并聚集在星系之外，而不是在星系内部。当卫星远离星系时，它们的影响迅速下降，最后，它们只表现为万有引力。

这些完全不相容的特征使我们否定了“暗物质”的假设，并寻找了星系冕中卫星星系的速度不变的更真实的原因。这个谜团的关键是大星系的形式（图2）。星系盘的厚度比其半径小45倍。此外，星系核的形状像一个旋转的椭球体，其半长轴是半小轴的三倍，这增加了它与圆柱体的相似性。

图2

仙女座星云和其他星系也有类似的结构。如果我们从边缘观察这样的星系，我们只能看到一条带或一个圆柱体。这是一个类比，但只有这样才能解决我们的问题，因为星系的大小和卫星的速度也都是粗略估计的。

现在我们考虑星系重力场，通过包围星系质量M的封闭面S,计算该场E的强度矢量Φ,

与静电学类似，重力场的高斯定理可以这样描述：重力场通过一个封闭表面的强度矢量流等于该表面内封闭的重力电荷之和乘以4πG。

设λ为星系质量的线性密度：λ=M/2R，其中M为星系质量，R为它的半径。

其中M是星系的质量，R是它的半径。想象一个封闭的圆柱形表面，r和h与我们的虚线带（星系）同轴。通过所研究表面的矢量流E为：

如果r>R，则内部的重力电荷将为m=λ·h，h=2R，m=M。

利用高斯定理：

：考虑到不精确的实验宇宙学数据和我们的粗略近似，方程中的第二项可以被忽略。

当作用在卫星上的重力是离心的得到：

这个令人震惊的结果终于让我们脱离了“暗物质”，就像我们已经脱离了“暗能量”一样。

我们刚才考虑的数学只能应用于与星系在同一平面上旋转的星系卫星。这些卫星构成了其中的大部分。

虽然螺旋星系中的恒星和星云以连续的方式移动，但它们首先参与了星系围绕垂直于其赤道平面的轴的旋转。因此，在星系边缘的其中一颗恒星上的观察者会像我们看到的银河系一样，以白色发光的形式看到它。

在距离星系r （5/10）Rg的距离上，与圆柱体的类比很快就消失了，这就是为什么以前的“暗物质”也消失了，卫星的速度不再保持不变。现在已经很清楚为什么这个物质“接近”大星系，并“隐藏”在其星系冕中，因为星系内部的引力场在形状上是非常不同的。

高斯在19世纪发展了概率分布的理论，因为它帮助我们洞察了大量的自然现象，并将现实与神秘主义分开。在大尺度的天空地图中，星系团经常显示为链状，让人想起圆柱形表面而不是星系。如果星系的质量不是很大的10的8次方/10的9次方Ms，那么与圆柱体的类比就不起作用了，它们也没有“潜在质量”。

有关对暗物质、星系的结构研究，欢迎一起讨论。