1. The physics of galactic spin
- Author
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Hofmeister, Anne M. and Criss, Robert E.
- Subjects
Spiral galaxies -- Research ,Physics research ,Astronomical rotation -- Research ,Physics - Abstract
Spiral galaxies are discrete spheroidal objects with highly organized, circular internal motions about a special axis. Available models do not describe these key features or explain why the central regions rotate like a solid body. Practically all previous models describe galaxies as a collection of orbiting test particles, utilize numerous fitting parameters, and require either copious amounts of surrounding dark matter that have not been detected, or modifications to Newton's law, to fit the observed dependence of equatorial velocity on radius. Our paper probes the reasonable alternative that galaxies are discrete, spinning objects. Our analytical forward models, constructed by applying the virial theorem and Newton's law to Maclaurin's spinning spheroids with varying internal density, explain why galactic rotation is organized into this three-dimensional shape. Without invoking dark matter, our spin model explains why the outermost rotational velocities are nearly constant, yet depend on galaxy size, and, with no free parameters, provides masses of 14 important galaxies consistent with their luminosities. We show that proposed modifications to Newton's law compensate for the dynamical differences between a flattened, spinning, Newtonian spheroid, and a collection of orbits. Key words: virial theorem, galactic rotation, dark matter, non-Newtonian forces, spin. Les galaxies spirales sont des objets discrets avec des mouvements circulaires internes hautement organises autour d'un axe special. Les modeles disponibles ne decrivent pas ces caracteristiques centrales ni n'expliquent pourquoi la region centrale tourne comme un corps rigide. Pratiquement tous les modeles anterieurs decrivent les galaxies comme une collection de particules tests en orbite, utilisent de nombreux parametres d'ajustement et requierent des quantites genereuses de matiere noire qui n'ont pas ete detectees, ou encore des modifications a la loi de Newton, afin de s'ajuster aux resultats observes de la dependance de la vitesse equatoriale sur le rayon. Nous sondons ici une alternative raisonnable ou les galaxies sont des objets discrets en rotation. Notre modele analytique, construit en appliquant le theoreme du viriel et la loi de Newton a des spheroides en rotation de Mclaurin avec une densite interne variable, explique pourquoi la rotation galactique est organisee sous cette forme trois-dimensionnelle. Sans besoin de matiere noire, notre modele explique pourquoi les vitesses de rotation externes sont pratiquement constantes, tout en dependant de la grandeur de la galaxie et, sans parametre libre, fournit les masses de 14 galaxies importantes coherentes avec leur luminosite. Nous montrons que les modifications apportees a la loi de Newton compensent pour la difference dynamique entre le spin d'un spheroide newtonien aplati et une collection d'orbites. [Traduit par la Redaction] Mots-cles: theoreme du viriel, rotation galactique, matiere noire, forces non newtoniennes, spin., 1. Introduction Despite decades of intensive searches, non-baryonic particles have not been directly detected [1, 2]. Observational evidence for dark matter is thus limited to forward (fitting) models of galactic [...]
- Published
- 2017
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