>>> Model krzywej rotacji galaktyki NGC 6946. Niebieska linia odpowiada całkowitej prędkości rotacji. Masa galaktyki (w funkcji odległości od środka) została rozłożona na cztery składowe: 1 - jądro o masie 5 x 109 mas Słońca i promieniu 120 parseków (pc); 2 - zagęszczenie centralne o masie 1,4 x 1010 mas Słońca i promieniu 750 parseków; 3 - dysk o masie 1,3 x 1011 mas Słońca, promieniu 6 kiloparseków (kpc) i grubości 0,5 kpc; 4 - sferyczne halo o masie 2 x 1011 mas Słońca i promieniu 10 kpc.

Ruch gwiazd w galaktyce określony jest przez pole grawitacyjne, wytworzone przez wszystkie formy materii. W dyskach galaktyk spiralnych ruch gwiazd odbywa się w sposób uporządkowany: w dobrym przybliżeniu gwiazdy obiegają środek galaktyki po orbitach kołowych. Z prędkości tego ruchu możemy obliczyć przyspieszenie dośrodkowe działające na gwiazdy dysku, a stąd - całkowitą masę zawartą wewnątrz orbity danej gwiazdy. Prędkości gwiazd wyznaczamy wykorzystując efekt Dopplera. Zatem zależność prędkości rotacji galaktyki od odległości od centrum, tzw. krzywa rotacji, pozwala wyznaczyć przestrzenny rozkład masy w galaktyce.

Porównanie tego rozkładu z rozmieszczeniem gwiazd wskazuje na obecność znacznych ilości ciemnej materii zarówno wewnątrz samej galaktyki, jak i w obszarze ją otaczającym. Dla wielu bliskich galaktyk spiralnych wyznaczono dokładnie krzywe rotacji aż do odległości 20 kpc (dla paru galaktyk nawet do 30 kpc). We wszystkich wypadkach suma mas gwiazd w galaktyce i obłoków gazu stanowi zaledwie około 30-40% masy całkowitej. Podobne badania galaktyk eliptycznych wskazują na jeszcze większe ilości materii ciemnej. Ponieważ w galaktykach E gwiazdy poruszają się chaotycznie, miarą pola grawitacyjnego nie są prędkości grupowe gwiazd, ale dyspersja, czyli rozrzut prędkości gwiazd, który ocenia się z szerokości linii w widmie galaktyki, również wykorzystując efekt Dopplera (na temat hipotez dotyczących natury ciemnej materii patrz Ciemna materia).

Andrzej M. Sołtan