Gracias por el A2A.
La gravedad de una estrella individual de masa M aplica una fuerza
[matemáticas] F = \ frac {GMm} {r ^ 2} [/ matemáticas]
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en alguna pequeña masa a una distancia de distancia. Del mismo modo, si empaqueta toda la masa de una galaxia en el centro, la fuerza gravitacional se comportaría de manera similar.
Sin embargo, en realidad, la masa de una galaxia se extiende. Lo que debemos hacer es sumar las fuerzas de todas las estrellas de la galaxia en algún momento. Debe quedar claro que, en lugar de que la fuerza disminuya con la distancia desde el centro, como se indicó anteriormente, la fuerza ahora se vuelve más fuerte a medida que te alejas del centro porque todas las fuerzas se cancelan allí, mientras que si estás en el borde de la galaxia cada estrella que está tratando de tirar de ti en la misma dirección.
Ahora, si consideramos la ley de Gauss para la gravedad (http://www.pgccphy.net/ref/gravi…) esta tarea se puede simplificar enormemente: se puede demostrar que la respuesta verdadera es la misma que si toda la masa cerrada fueron arrojados al centro y se ignora al resto de la masa. En otras palabras, a una distancia R del núcleo, la ecuación dada anteriormente funciona si usamos [matemática] M = M (r <R) [/ matemática]. Entonces, claramente, la fuerza gravitacional aumenta a medida que avanza y luego cae nuevamente al salir de la galaxia.
Ahora, curiosamente, podemos descubrir qué es realmente F al observar las velocidades orbitales de las estrellas en la galaxia, ya que se mantienen en órbitas a cierta distancia con cierta velocidad orbital por gravedad. Esto permite calcular el perfil de masa de la galaxia. Curiosamente, resulta que esto no coincide con el que infieres solo contando estrellas: hay un montón de otras cosas invisibles en las galaxias que mantienen la fuerza central más o menos constante en un radio bastante grande. A esto le llamamos materia oscura . Puede leer sobre el descubrimiento original aquí: cómo una persona descubrió la mayoría del universo: el trabajo de Vera Rubin.
