ТАК ВСЕ-ТАКИ ВТЕКАЕТ ИЛИ ВЫТЕКАЕТ? 🌀

Как же всё-таки ведет себя вещество в галактиках? 

Втягивается ли по рукавам внутрь сверхмассивной чёрной дыры в её центре или, наоборот, выталкивается через дыру из каких-то жутких подпространств вместе с различными веселыми монстрами а-ля DOOM 2 style? 

И при чём тут Тёмная Материя?

Галактика вращается вокруг центра массы, где обычно находится сверхмассивная чёрная дыра. Но её рукава не крутятся как лопасти вентилятора, это волны плотности, а не плотные потоки вещества. Материя (звёзды, газ, пыль) движется сквозь рукава, как машины сквозь пробку на дороге. Звёзды и газ движутся по эллиптическим траекториям вокруг центра галактики, и их орбитальные скорости почти постоянны даже на удалении (это одна из причин, по которой предполагается наличие тёмной материи).

Так втекает или вытекает?

Втекает (в основном).

Межзвёздный газ постепенно перетекает к центру галактики из-за процессов трения, столкновений и взаимодействия с магнитными полями, что может питать центральную чёрную дыру, вызывая её активность (AGN). В спиральных рукавах происходит сжатие газа, что приводит к рождению новых звёзд — поэтому рукава такие яркие.

Но может и вытекать!

Если в центре активное ядро (AGN), то возможен выброс вещества наружу — джеты, потоки плазмы и пр. Сверхновые и звёздные ветры тоже могут выталкивать вещество наружу, особенно в диске.

Итак, галактика вращается по часовой или против часовой стрелки — зависит от точки наблюдения. Звёзды и газ движутся по орбитам, испытывая влияние гравитации и волн плотности. Газ частично “втекает” к центру, особенно вблизи перемычек или при взаимодействиях с другими галактиками. Но, однако, в то же самое время из центра могут быть “выбросы”, особенно если там присутствует активная чёрная дыра.

Тёмная Материя играет ключевую роль во вращении галактик. Без неё скорость вращения звёзд и газа резко падала бы с расстоянием от центра, как это происходит, например, в Солнечной системе. Но в реальности — не падает. 

Согласно закону Всемирного Тяготения, чем дальше от центра, тем меньше должна быть скорость звёзд (обратно пропорционально корню из расстояния).

А в реальности мы наблюдаем, что кривые вращения (rotation curves) звёздных дисков выходят на плато и остаются почти постоянными, даже далеко за пределами видимого диска! Все это безобразие наблюдается и в Млечном Пути, и в других спиральных галактиках, таких как NGC 3198, UGC 2885, и др.

ДА ЧТО Ж ТАКОЕ ТО?!

Получается, что нечто, какая-то скрытая, невидимая масса крутит диски галактик, как единое целое (наподобие виниловой пластинки), а не как пенная вода сходит в слив - чем ближе к центру, тем быстрее!

Массу это никаким другим образом, кроме как по динамике вращения галактик и взаимодействию их скоплений при столкновениях, поймать "за руку" невозможно.

Темная материя создаёт гало — огромный, невидимый, протяженный, сферический ореол, масса в котором значительно превышает массу всех звёзд и газа в галактике, и который доминирует на больших расстояниях, обеспечивая дополнительную гравитацию и не давая скорости упасть.

Что ж, получается, что внутри центральных 5–10 кпк действует гравитация от видимого вещества (звёзд, газа), а начиная с ~10 кпк и дальше — вклад тёмной материи становится доминирующим. При этом общая масса тёмной материи в галактике может превышать видимую в 5–10 и более раз.

Темная материя — это “невидимая подложка”, которая удерживает звёзды и газ на орбитах, не позволяя галактике “распасться” при тех скоростях, которые мы наблюдаем. Без тёмной материи галактики выглядели бы совсем иначе — компактнее, с резко падающими скоростями вращения, и без таких устойчивых спиральных дисков.

Тёмная Материя даёт решающий вклад во вращение внешних областей галактики, поддерживая почти постоянную скорость вращения, несмотря на малую плотность видимого вещества. Без неё звёзды на окраинах галактик давно бы «улетели» в межгалактическое пространство.