星系自轉曲線

想像你站在一座旋轉木馬的中心，問每匹木馬跑得有多快。星系自轉曲線對一個旋渦星系回答的正是同樣的問題：在離中心不同的距離處，恆星和氣體繞中心轉得有多快？把軌道速度對距離作圖，你就得到一條曲線，它僅憑重力就告訴你這個星系的質量是怎麼分布的。

令人震驚的來了。如果星系的質量都集中在它發光的地方——也就是明亮的中心區域——那麼就像離太陽越遠的行星轉得越慢一樣，星系外緣的恆星本應轉得很慢。然而觀測顯示曲線保持平坦：越過可見邊緣之後，恆星和氣體仍以大致相同的高速繞轉，約每秒 200 千米，絲毫沒有下降。按牛頓重力，在如此大的半徑處保持這麼高的速度，需要遠多於恆星和氣體所能提供的質量——而且這些看不見的質量必須隨半徑不斷增加，構成一個巨大的隱形暈。

平坦的自轉曲線，由薇拉·魯賓（Vera Rubin）等人在 1970 年代精心測出，是支持暗物質的最有力證據之一。每個旋渦星系似乎都坐落在一個暗物質暈之中，這個暈的質量是我們所能看見的一切的好幾倍，並延伸到星光之外很遠。自轉曲線還讓天文學家得以稱量星系，並支撐著塔利—費舍爾關係——它把旋渦星系轉得多快與它有多亮聯繫起來。