Křivka rotace galaxie mohou být reprezentovány grafem , který je vynesen okružní rychlost z hvězd nebo plynu v galaxii na Y ose jako funkce jejich vzdálenosti od středu galaxie na X osu .
Obecné pravidlo (nebo zákon) pro rotaci rotujících disků částic lze uvést následovně: galaxie s rovnoměrným rozložením hmoty mají křivky zvyšující rotaci od středu k okrajům. Galaxie s jádrem ve středu disku (čára B na obrázku) mají plochou vodorovnou rotační křivku od středu k okrajům, zatímco systémy, kde je většina hmoty soustředěna ve středu jejich rotujícího disku (přerušovaná čára) A na obrázku), jako je planetární systém Slunce nebo Jupiterův měsíční systém, mají klesající rotační křivku od středu k okrajům.
Bylo pozorováno, že některé hvězdy se otáčejí kolem středu své galaxie konstantní rychlostí v širokém rozsahu vzdálenosti od středu galaxie. Můžeme tedy vypočítat, že se točí kolem disku hmoty s centrálním jádrem. Většina galaxií s nízkým povrchovým jasem (LSB, z anglické pravosti L ow S urface B ) rotuje ve vzrůstající rotační křivce od středu k okrajům, což naznačuje, že mají pouze slabé jádro. A hvězdy rotují mnohem rychleji, než kdyby měly volný newtonovský potenciál .
Problém s otáčením galaxií je rozdíl mezi výklad pozorovaného poměru jasu k hmotnosti hmoty v diskových částech spirálních galaxií a poměr jasu k hmotnosti hmoty v jádru galaxií . V současné době se věří, že tento rozdíl prozrazuje přítomnost temné hmoty, která proniká do galaxie a zasahuje do její halo . Alternativní vysvětlení spočívá v modifikaci zákonů gravitace, jak je navržená teorie MOND (z angličtiny ( MO dified N ewtonian D ynamics, francouzsky: Dynamique Newtonienne Modifié).
V roce 1959 Louise Volders demonstrovala, že spirální galaxie M33 ( trojúhelníková galaxie ) se neotáčí podle očekávání z Keplerovy dynamiky , což se v 70. letech rozšířilo do mnoha dalších spirálních galaxií. Na základě tohoto modelu, materiálu (jako jsou hvězdy a plyn) v diskové části spirální galaxie by měl obíhat kolem středu galaxie stejným způsobem, jako planety ve sluneční soustavě obíhají kolem Slunce, to znamená podle zákonů newtonovské mechaniky. Na základě toho by se dalo očekávat, že průměrná orbitální rychlost objektu umístěného v určité vzdálenosti od většiny distribucí hmoty se nepřímo sníží s druhou odmocninou poloměru oběžné dráhy (tečkovaná čára na obrázku 1). Při objevování rozdílů se předpokládalo, že většina hmoty galaxie musí být v galaktickém jádru blízko středu. Směr otáčení byl určen způsobem, jakým se formovala galaxie.
Pozorování rotační křivky spirálních galaxií to však nepotvrzují. Naopak, křivky neklesají podle očekávání jako funkce inverze čtverce, ale jsou „ploché“; mimo centrální jádro je rychlost téměř konstantní v závislosti na poloměru (plná čára na obr. 1). Vysvětlení, které vyžadují jemné doladění pro fyzikální zákony vesmíru Je, že o existenci značného množství záležitostí daleko od centra galaxií, které emituje žádné světlo v / světle poměr hmoty. Centrálního jádra. Astronomové naznačují, že tato extra hmota je způsobena temnou hmotou v galaktické halo , jejíž existenci původně předpokládal Fritz Zwicky asi o čtyřicet let dříve ve své studii hmot v kupách galaxií . V současné době existuje velká skupina pozorovací důkazy, které ukazují na přítomnost chladné temné hmoty a její existence je hlavní složkou modelu ΛCDM který popisuje kosmologii z vesmíru .
Nedávná práce na rotačních křivkách galaxií, jejichž role v přesvědčení o existenci temné hmoty byla nejrozhodující, představuje některé z jejích nejdůležitějších výzev. V roce 1990, detailní studie rotace křivky galaxií s jasem nízkou povrchovou (LSB galaxie nebo od English málo jasný galaxií ) a jejich poloha na vztahu Tully-Fisher ukázala, že se se nechová podle očekávání. V těchto galaxiích musela překvapivě dominovat temná hmota. Nicméně, takové trpasličí galaxie dominují temné hmoty by mohla být klíčem k vyřešení trpasličí galaxie problém s tvorbou struktury .
Další výzvy teorie temné hmoty, nebo alespoň její nejoblíbenější forma, studená temná hmota (CDM pro anglickou studenou temnou hmotu), provinční analýza středů galaxií s nízkým povrchovým jasem. Numerické simulace založené na CDM poskytly předpovědi tvarů rotačních křivek ve středu systémů ovládaných temnou hmotou, jako jsou tyto galaxie. Pozorování skutečných rotačních křivek neukázaly předpovězené tvary. Teoretičtí kosmologové považují tento problém zvaný Halo Concentration Problem Cold Dark Matter za řešitelnou otázku.
To, že tato teorie temné hmoty je nadále bráněna jako vysvětlení křivky rotace galaxií, je vysvětlena skutečností, že důkazy o temné hmotě nevyplývají pouze z těchto křivek. Jako jediný úspěšně simuluje vznik velkoplošných struktur, které lze vidět v distribuci galaxií, a také vysvětluje dynamiku skupin a shluků galaxií (jak původně navrhoval Zwicky). Tmavá hmota také správně předpovídá výsledky pozorování gravitačních čoček .
Existuje omezený počet pokusů o nalezení alternativních vysvětlení temné hmoty k vysvětlení rotačních křivek galaxií. Jedním z nejvíce diskutovaných je MOND teorie (od English po dified N ewtonian D ynamics), původně navržena jako fenomenologické vysvětlení od roku 1983, ale bylo zjištěno, že má napájecí prediktivní pro otáčení křivek LSB galaxií. To předpokládá, že se fyzika gravitace mění ve velkém měřítku, ale donedávna to nebyla relativistická teorie. To se však změnilo s vývojem tenzor-vektor-skalární teorie gravitace (TeVeS). Mnohem úspěšnější alternativou je Moffat je upraven teorie gravitace ( MO dified G ravity, MOG) jako skalární-tensor-vektor gravitační (STVG). Brownstein a Moffat aplikovali teorii MOG na otázku rotačních křivek galaxií a aplikovali adaptace na velký vzorek více než 100 galaxií LSB a také galaxií HSB (pro vysoký povrchový jas, francouzsky, povrch haute brilliance) nebo trpasličí galaxie . Každá křivka rotace galaxie byla přizpůsobena bez temné hmoty, pouze s použitím fotometrických dat (hvězdná hmota a viditelný plyn) a střídavě pomocí dvouparametrového modelu distribuce hmoty, který nepředpokládal žádný poměr hmotnost / světlo. Výsledky byly porovnány s výsledky MOND a byly téměř bez rozdílu na hranici dat rotačních křivek, zatímco MOND předpovídal věčně plochou rotační křivku a zatímco MOG předpovídal konečný návrat k zákonu gravitační síly na druhou. I když tyto alternativy astronomická komunita dosud nepovažuje za tak přesvědčivé, jak mohou modelové studie temné hmoty gravitačních čoček poskytnout prostředky k oddělení předpovědí alternativních teorií gravitace od vysvětlení temné hmoty.