星系自转曲线

想象你站在一座旋转木马的中心，问每匹木马跑得有多快。星系自转曲线对一个旋涡星系回答的正是同样的问题：在离中心不同的距离处，恒星和气体绕中心转得有多快？把轨道速度对距离作图，你就得到一条曲线，它仅凭引力就告诉你这个星系的质量是怎么分布的。

令人震惊的来了。如果星系的质量都集中在它发光的地方——也就是明亮的中心区域——那么就像离太阳越远的行星转得越慢一样，星系外缘的恒星本应转得很慢。然而观测显示曲线保持平坦：越过可见边缘之后，恒星和气体仍以大致相同的高速绕转，约每秒 200 千米，丝毫没有下降。按牛顿引力，在如此大的半径处保持这么高的速度，需要远多于恒星和气体所能提供的质量——而且这些看不见的质量必须随半径不断增加，构成一个巨大的隐形晕。

平坦的自转曲线，由薇拉·鲁宾（Vera Rubin）等人在 1970 年代精心测出，是支持暗物质的最有力证据之一。每个旋涡星系似乎都坐落在一个暗物质晕之中，这个晕的质量是我们所能看见的一切的好几倍，并延伸到星光之外很远。自转曲线还让天文学家得以称量星系，并支撑着塔利—费舍尔关系——它把旋涡星系转得多快与它有多亮联系起来。