暗物质在其他星系尺度存在的证据

贡献者： 周思益

　　 还有许多其他支持暗物质存在的证据，这些证据基于星系尺度的观测。追踪动力学测量可以应用于其他系统，特别是矮星系。这些系统中有大量的暗物质，质光比通常在 100 或更高。

　　 此外，可以使用矮星系本身作为追踪器来确定螺旋星系的旋转曲线。这种方法证实了使用其他方法获得的结果。

　　 在 20 世纪 70 年代，早期的数值模拟及其分析解释表明，需要一个暗物质球状晕来确保螺旋星系中盘的稳定性。在没有它的情况下，模拟的盘在几个旋转周期内就会瓦解，变成恒星的混乱分布。然而，后来更精细的研究表明，暗物质晕对盘有负面效果，使其变成条带并最终减慢条带的旋转，这与许多旋转盘的观测存在相矛盾。看来在这个方面不能简单地得出关于暗物质角色的结论。通过星系-星系透镜效应也可以证明星系周围存在大质量的暗物质晕。这是由于前景星系的引力透镜效应引起的背景星系图像的扭曲，类似于太阳如何引力偏转背景恒星的光。光线轨迹的偏差是 $\delta \theta = 4GM_{lens}/b$，其中 $b$ 是冲击参数，$M_{lens}$ 是透镜的质量，即前景星系。几何光学意味着，如果源和透镜在视线上重合，质量为 $M_{lens}$ 的透镜在距离 $d_{lens}$ 处的引力会聚焦成一个 “爱因斯坦环”（或弧），角度大小为 $\theta_E = \sqrt{(4GM_{lens}(1/d_{lens} - 1/d_{source}))}$，如果源和透镜不在一条直线上，则会形成多重图像。这种现象被称为强透镜效应，尽管偏差通常很小，$\delta\theta \ll 1$，并且只有当透镜非常巨大，源足够接近它时才能观察到。更常见的是弱透镜效应，其中透镜不够强大，无法形成多重可观察图像或弧线，但确实会导致背景星系图像的扭曲。通过测量平均属性，可以推断出典型透镜星系中的物质量，发现它大于可见质量。这些观测还可以确定暗物质晕的典型密度分布，发现它有些扁平。