пятница, 28 сентября 2012 г.

Новая сущность. Часть 2. Темная материя


    Федор Дергачев

    «Правила схватки»: на кону - Вселенная

    Как я указывал в статье «Земля и Вселенная. Часть 1», «выяснилось, что даже окраинами нашего звездного дома ограничиваться нельзя. Пришлось углубляться в изучение динамики… подсистем спиральных галактик, а затем и теории сверхмассивных черных дыр, находящихся, как считается, в центрах галактик. По силам ли мне одному (даже вместе с единомышленником Nikkro) найти разгадку? Конечно, нет. Но поставить вопросы и предложить возможные пути к решению считаю необходимым».   
    Задекларировать необходимость, конечно, хорошо, но реально – это как раз тот случай, когда возможности расходятся с желаниями. И тогда в начале 2012 года я осмелился сделать «ход конем».
    Выше я уже упоминал, что принял определенные «правила схватки» с Хозяевами Интернета. Этот шаг никак не мог быть односторонним: необходимо было выяснить, примет ли эти правила другая сторона. Я принял решение сделать первый шаг и сформулировал предложение, которое и опубликовал весной 2012 года в статье «Эпоха перемен: советы постороннего. Часть 4»:
    «В моем случае, как представляется, «Хозяева Интернета» не наказывают меня за острые высказывания в их адрес, а интеллигентно (по их мнению) «выдавливают» из тематики, связанной с Солнечной системой. Действительно, какие на этом поле могут быть исследования  без использования фотографий НАСА!
    Видимо, они предпочитают, чтобы из «опасной зоны» я ушел куда-нибудь подальше, например, в «дебри» Галактики. Не скажу, что я человек неконфликтный, но в таких неравных условиях бороться очень сложно. 
    Объективно взвесив свои шансы, я принял решение предложить партнерам-оппонентам определенный компромисс. Если они действительно хотят, чтобы я выдал «на-гора» свежие мысли о Галактике и темной материи, хочу попросить помочь мне в ответах на вопросы.

    Первое.    
    Меня заинтересовала следующая информация о взаимодействии черных дыр и темной материи:
     «Есть мнение, что вся темная субстанция, видимо, большая гадость, потому что ее не «едят» даже черные дыры - самые прожорливые монстры космоса. На днях, к примеру, дыра из созвездия Дракона поглотила звезду размером с Солнце, но в миллион раз его массивнее (см. на сайте kp.ru за 17.06.2011). Дыры вообще, как пылесос, втягивают в себя все, что очутится рядом: любую материю, энергию. А тут темного вещества вокруг них - пруд пруди, но они им брезгуют - не всасывают.
    Брезгливость монстров-обжор так заинтриговала ученых - докторов Ксавьера Хернандеза и Уильяма Ли из Мексиканского национального автономного университета (UNAM), - что они решили узнать, а что было бы со Вселенной, если бы темная материя и энергия пришлись по вкусу черным дырам? Они создали компьютерную модель, согласно которой черные дыры, в миллиарды раз массивнее Солнца, поглощают темное вещество «с большим аппетитом». И оказалось, что при таком развитии сценария все мироздание выглядело бы совсем по-другому. Это была бы другая Вселенная, где нам с вами не было бы места.
    - Выходит, космическая материя соткана из каких-то специально «несъедобных» нитей, чтобы формирование галактик на протяжении миллиардов лет происходило только по такому сценарию, который привел бы к возникновению человечества, - предполагает доктор Хернандез. - А значит, есть надежда, что темная субстанция вопреки прогнозам не поглотит Вселенную.
    Но для того чтобы дать точное предсказание, нужно узнать, из чего она - субстанция - состоит.
    - А мы ни черта не знаем, что делать дальше! - так в сердцах воскликнул профессор Марк Дейвис из Университета в Беркли, которому в мае присудили престижную премию в области космологии в размере $500 тысяч за… изучение темной материи...» 
(«Темную материю не "едят" даже черные дыры». «КП» 29 Декабря 2011года). 
    Но «КП» – не очень достоверный источник научной информации.
    Вопрос: неплохо было бы прочитать еще что-либо на эту тему в более авторитетных источниках. 

    Второе.    
    Принятое официальной наукой мнение о рукавах спиральных галактик как о волнах плотности, уплотнениях космической среды. Причем скорость перемещения уплотнений не связана со скоростью звезд. По мнению теоретиков, математическая модель этих уплотнений аналогична описанию звуковых волн в жидкой среде. Недавняя статья – «Спиральные рукава — это звёздные большаки».
    Но вот что для меня важно – кроме материи галактического диска через рукава пролетают звезды и шаровые скопления сферической подсистемы или гало, имеющие принципиально иные – более медленные скорости вращения вокруг центра Галактики – см. «Структура Галактики: диск и гало».
    Проявляется же несинхронность, например, в движении  звезд и масс газа тонкого диска, попавших в уплотнение спирального рукава:
    «Звезда и облако вначале движутся по близким орбитам. Догнав волну, звезда сохраняет свою орбиту. Но облако, имея огромный размер, сталкивается у фронта волны с себе подобными, теряет энергию и опускается на более низкую орбиту. Поэтому в галактической волне синхронность движения газа и звёзд нарушается». (Франсуаза Комб «Рябь в галактическом пруду»). 

Раньше астрономы думали, что наша Галактика - простая спираль, но оказалось, что это спираль с баром
    Вопрос: звезды и шаровые скопления сферической подсистемы точно так же изменяют свою скорость при прохождении через спиральные рукава, как это делают и объекты быстровращающейся подсистемы галактического диска?

    Это, конечно, не все имеющиеся у меня вопросы, но мне важен принцип – станем ли мы с «Хозяевами Интернета» в какой-то степени партнерами или останемся оппонентами. Естественно, наличие или отсутствие ответа определит и направление моих будущих исследований».

    Далее произошло следующее: летом 2012 я нашел в Интернете ответы на заданные вопросы, и не так важно, сделал ли я это сам или с подачи Хозяев Интернета (подробнее остановлюсь на этом в последующих частях данной статьи). Главное – указанные ответы были вполне удовлетворительными, так как находились в рамках выстраиваемых мной логических построений.
    Как пойдет дальше мое взаимодействие с «Хозяевами», возможно, и интересно, но уже вторично, так как я продумал тему и набросал план статьи. В случае, если партнеры-оппоненты помогут – хорошо, а вот будут мешать – прочитают в моих статьях о себе много «интересного».
    Очевидно, действия Хозяев Интернета будут зависеть от того, насколько данная статья о новой сущности будет отвечать их ожиданиям. Думаю, их реакции не придется долго дожидаться.
    Не люблю, когда со мной играют в «кошки-мышки», и не побоюсь об этом откровенно заявить. Впрочем, возможно, я и сам увижу, что изложенные здесь догадки о новой сущности, так скажем, преждевременны, и, кроме дежурных «троллей», никто откликов и комментариев не пришлет, а поисковые системы моих откровений не индексируют. В этом случае не стану сомневаться в истинности моих гипотез. Но, возможно, могу сделать вывод, что пора «вернуться домой» из «галактических далей». Тогда летом 2013 года снова сосредоточусь на аномалиях Солнечной системы.
    Сочувствую моим читателям, которые, кроме обсуждения астрономических проблем, вынуждены знакомиться в моих статьях с обсуждением каких-то «правил схватки». К сожалению, этого не избежать: ведь данные «правила» регламентируют не много ни мало, как обсуждение законов Вселенной.

    Сверхмассивные черные дыры: загадка остается

    Как бы ни было велико желание «объять необъятное», одну тему я из данного исследования буду вынужден практически исключить. Это, безусловно, важнейший вопрос о сверхмассивных черных дырах, находящихся в центре галактик.
    Дело в том, что у меня очень большие сомнения в истинности очень хорошо разработанных теорий о роли этих объектов в эволюции галактик.
    Цитирую статью «Тайная история Вселенной»:
    «Позволю себе высказать сомнение в долговременности данного источника энергии. «Продолжительность жизни активных ядер [галактик] невелика, они умирают приблизительно в течение 100 миллионов лет – чёрная дыра “поглощает” всё окружающее её вещество, создавая вокруг себя пустоту». (М.И. Панасюк «Странники Вселенной или эхо Большого взрыва». 7. «Мистерия обрезания». 7.1. «Диаграмма Хилласа или в поисках Зэватрона»).
    Считаю, что для непрерывного излучения в течение миллиардов лет топлива для такой «топки» явно не хватит…»
    Если появятся свежие мысли о сверхмассивных черных дырах, я немедленно их опубликую. Пока же ограничусь:
    - постановкой данных объектов в число проявлений «новой сущности» в Метагалактике,
    - перечислением и анализом некоторых результатов исследований из раздела «Демография черных дыр» работы академика РАН А.М. Черепащука «Черные дыры во Вселенной»
    Но это будет в следующих частях. 
    В целом же в данном исследовании «Новая сущность» основное внимание будет уделено другим, не менее загадочным, процессам и явлениям.

    Темная материя

    «В 1959 году Луис Волдерс (Louise Volders) показал, что спиральная галактика М33 (Галактика Треугольника) не вращается так, как ожидалось в соответствии с Кеплеровской динамикой, в 70-х годах полученный результат был распространён на многие другие спиральные галактики. В соответствии с этой моделью, вещество (такое как звёзды или газ) в дисковой части спирали должно вращаться вокруг центра галактики аналогично тому, как планеты в солнечной системе вращаются вокруг солнца, то есть в соответствии с механикой Ньютона. Основываясь на этом, ожидалось, что средняя орбитальная скорость объекта на определённом расстоянии от наибольшего распределения массы будет уменьшаться обратно пропорционально квадратному корню от радиуса орбиты. Во времена открытия несоответствия считалось, что большая часть массы галактики должна находиться в галактическом балдже, около центра галактики.
    Однако, наблюдения ротационной кривой спиралей не подтвердили этого. Наоборот, кривая не уменьшается обратно пропорционально квадратному корню, а является «плоской» - снаружи от центрального балджа скорость является практически постоянной функцией от радиуса. Объяснение, которое требует наименьшего изменения в физических законах вселенной – в том, что существует значительное количество материи на большом расстоянии от центра галактики, которая не излучает свет в таком же отношении «масса-к-свету», как центральный балдж. Астрономы предполагают, что эта дополнительная масса появляется благодаря «тёмной материи» внутри галактического гало. Существование гало первый раз было постулировано Фрицем Цвикки (Fritz Zwicky) сорока годами раньше в его трудах о массах скоплений галактик. В настоящий момент, существует большое количество наблюдаемых свидетельств существования «холодной тёмной материи» и её присутствие является значительной особенностью современной Лямбда-CDM модели, которая описывает космологию Вселенной».
 («ru.wikipedia.org», статья «Кривая вращения галактики»).

    «Через 40 лет после работ Цвикки, в 70-е годы, американский астроном Вера Рубин изучала скорости вращения вокруг галактического центра вещества, расположенного на периферии галактик. В соответствии с законами Кеплера (а они напрямую следуют из закона всемирного тяготения), при движении от центра галактики к её периферии скорость вращения галактических объектов должна убывать обратно пропорционально квадратному корню из расстояния до центра. Измерения же показали, что для многих галактик эта скорость остаётся почти постоянной на весьма значительном удалении от центра. Эти результаты можно истолковать только одним способом: плотность вещества в таких галактиках не убывает при движении от центра, а остаётся почти неизменной. Поскольку плотность видимого вещества (содержащегося в звёздах и межзвёздном газе) быстро падает к периферии галактики, недостающую плотность должно обеспечивать нечто, чего мы по каким-то причинам увидеть не можем. Для количественного объяснения наблюдаемых зависимостей скорости вращения от расстояния до центра галактик требуется, чтобы этого невидимого «чего-то» было примерно в 10 раз больше, чем обычного видимого вещества. Это «нечто» получило название «тёмная материя» (по-английски «dark matter») и до сих пор остаётся самой интригующей загадкой в астрофизике». (Кандидат физико-математических наук Игорь Сокальский. «Тёмная материя. Невидимые действующие лица и их предполагаемые исполнители»).

    Галактические ротационные кривые

   «Ротационная скорость v(r) определяется, например, путем измерения допплеровского сдвига в спектре излучения Hе-II областей вокруг O-звезд. Поведение экспериментально измеренных ротационных кривых спиральных галактик не соответствует уменьшению v(r) с ростом радиуса. Исследование 21-см линии (переход сверхтонкой структуры в атоме водорода), излучаемой межзвездным веществом, привело к аналогичному результату. Постоянство v(r) при больших значениях радиуса означает, что масса Mr также увеличивается с ростом радиуса: Mr ~ r. Это указывает на присутствие невидимой материиЗвезды движутся быстрее, чем можно было ожидать на основе видимого количества материи.
    На основе этого наблюдения было постулировано существование сферического гало темной материи, окружающего галактику и ответственного за неубывающее поведение ротационных кривых. Кроме того, сферическое гало могло бы способствовать стабильности формы диска галактик и подтверждать гипотезу об образовании галактик из сферической протогалактики. Модельные вычисления, выполненные для Млечного Пути, с помощью которых удалось воспроизвести ротационные кривые, приняв во внимание наличие гало, указывают на то, что значительная часть массы должна находиться в этом гало. Свидетельства в пользу существования сферических гало дают также глобулярные кластеры - сферические скопления звезд, которые представляют собой наиболее древние объекты в галактике и которые распределены сферически.
    Однако недавнее исследование прозрачности галактик бросило тень сомнения на эту картину. Путем рассмотрения степени затемненности спиральных галактик как функции угла наклонения можно сделать заключение о прозрачности таких объектов. Если бы галактика была совершенно прозрачна, то полная ее светимость не зависела бы от угла, под которым эта галактика наблюдается, так как все звезды были бы видимы одинаково хорошо (в пренебрежении размерами звезд). С другой стороны, постоянная поверхностная яркость означает, что галактика не прозрачна. В этом случае наблюдатель видит всегда только внешние звезды, т.е. всегда одно и то же их число на единицу поверхности независимо от угла зрения. Экспериментально было установлено, что поверхностная яркость остается в среднем постоянной, что могло бы свидетельствовать о практически полной непрозрачности спиральных галактик. В таком случае использование оптических методов для определения массовой плотности Вселенной не совсем точно. Более тщательный анализ результатов измерений привел к заключению о молекулярных облаках как абсорбирующем материале (их диаметр примерно 50 пс и температура около 20 градусов К). Согласно закону смещения Вина, такие облака должны излучать в субмиллиметровой области. Этот результат мог бы дать объяснение поведения ротационных кривых без предположения о дополнительной экзотической темной материи».
 (Роман Шугалей, Московский Государственный Университет им. М.В.Ломоносова, Физический факультет, Кафедра Общей Ядерной Физики. «Темная материя во Вселенной», «Галактические ротационные кривые»).

    «На рисунке 3.2.1 взятом из http://iopscience.iop.org/0264-9381/17/1/102/fulltext представлены недавние результаты наблюдений и моделирования кривых вращения четырех спиральных галактик с учетом существования темной энергии и темной материи.

Рис. 3.2.1. Зависимость скорости вращения элементов галактики от расстояния до центра галактики. По оси Х отложены расстояния от центра каждой галактики в килопарсеках. По оси Y – скорости вращения в км/сек. Падающие кривые, обозначенные коротким пунктиром, соответствуют светящейся материи – нашей материи; кривые, обозначенные длинным пунктиром, соответствуют вкладу темной материи. Сплошные кривые – результат моделирования с учетом обоих типов материи и темной энергии. Точки – результаты наблюдений. http://ej.iop.org/images/0264-9381/17/1/102/Full/img71.gif
    Падающая пунктирная кривая – это то, что должно было бы быть, если бы галактики состояли только из нашей, барионной материи. К совпадению модельной сплошной кривой и результатов наблюдений (точки) надо относиться с долей скепсиса, т.к. при моделировании с использованием темной энергии и темной материи достаточно много свободных параметров. Здесь важно главное – несовпадение наблюдений (точки) и пунктирной кривой, которая должна была бы проходить по точкам, если бы в галактиках была только барионная, наша материя». (С.И. Плачинда «О Вселенной и Большом Взрыве», «3.2. Темная материя (скрытая масса)»).


«Вселенная - Темная материя». («The Universe - Dark Matter». Сезон 2 Эпизод 6) 

    Вращение газа или звёзд?

    «Впрочем, кривая вращения строится по наблюдениям газа, и можно поставить вопрос о правомерности приравнивания скоростей для газовой и звездной составляющих». (А.Г.Моpозов и А.В.Хопеpсков «Физика дисков». 1.1.3 «Вращение диска»). 

    «В зависимости от характеристик галактик и от условий их взаимодействия может получиться почти всё, что угодно. Скажем, известны многочисленные объекты, в которых звёзды и газ вращаются под произвольными углами друг к другу и даже в противоположных направлениях. Есть примеры наличия в одной галактике двух контрвращающихся газовых подсистем. А в галактике NGC 4550 в разные стороны вращаются два звёздных диска, имеющих сравнимые массы!
    Иногда кинематически выделенные подсистемы могут иметь вид внешних по отношению к главному телу галактики кольцевых структур. К примеру, плоскость нашей Галактики - Млечного Пути - пересекает слабый звёздный поток, созданный разрушающейся в её гравитационном поле карликовой галактикой Sgr I. Этот звёздный поток почти ортогонален плоскости Галактики и имеет форму гигантского эллипса (его большая ось равна 30 кпк). Есть указания на то, что облака HI в гало Млечного Пути образуют огромное (радиусом около 90 кпк) околополярное кольцо.    
    Радиоастрономические наблюдения открыли газовые кольцевые структуры и у множества других галактик». (Доктор физико-математических наук В. П. Решетников «Эти странные галактики с полярными кольцами»).

    [Последние изменения внесены 13 февраля 2014 года

    «Новая сущность». Часть 3. «Загадка гало спиральных галактик». http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/10/3.html

13 комментариев:

  1. "Интересная презентация "Темная материя во Вселенной" студента физфака МГУ в рамках исследований на Кафедре физики частиц и космологии". https://docs.google.com/file/d/0B4I3G_ww5ivoT0NjSlFGWTBnVGc/edit

    Заодно загрузил еще одну понравившуюся мне презентацию: "Гравитация: что мы о ней (не) знаем" https://docs.google.com/file/d/0B4I3G_ww5ivoRjc5dHhVV0luXzg/edit

    (15 ноября 2012, 18:07). https://plus.google.com/u/0/103263750784622441418/posts/NqytSEKFdXY

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Темная материя оказалась еще "темнее"

      "Астрономы, работающие с данными космических телескопов "Хаббл" и "Чандра", изучили поведение темной материи во время столкновения скоплений галактик. Результаты работы были опубликованы в научном журнале Science 27 марта 2015 года.

      Темная материя представляет собой большую загадку, нависшую над нашими знаниями о Вселенной. Она не отражает, не поглощает и не излучает свет, что делает ее прямые наблюдения невозможными. О существовании темной материи мы знаем лишь исходя из наблюдаемых гравитационных эффектов.

      Чтобы получить больше информации об этой таинственной субстанции, исследователи проводят опыты, подобные тем, что проводят с видимой материей. Ученые исследуют так называемые скопления галактик, в которых темная материя сконцентрирована в достаточно больших количествах и непосредственно участвует в процессе столкновения.

      Изучение темной материи проводилось группой ученых под руководством Дэвида Харви (David Harvey) из Федеральной политехнической школы Лозанны (Швейцария). Он и его коллеги использовали данные "Хаббла" и "Чандры" для изучения столкновений в 72 крупных скоплениях галактик. Столкновения происходили в разное время, следовательно ученые собрали весьма значительный объем информации.

      Исследователи установили, что во время столкновений темная материя, подобно звездам, продолжала свое движение без замедления. Для звезд это типично, но с темной материей дела обстоят иначе. В отличие от звезд темная материя распределена равномерно, а ее частицы расположены очень близко друг к другу. И в ходе столкновения она должны была изменить свою скорость, но последнего не произошло. Почему? По мнению ученых, причиной этого является то, что темная материя почти не взаимодействует между собой.

      Таким образом, исследователи пришли к выводу, что темная материя взаимодействует сама с собой в меньшей степени, чем считалось ранее. Это сильно "сужает" ее свойства. Ученые будут продолжать исследования: теперь они будут изучать столкновения отдельных галактик, которые являются более распространенным явлением во Вселенной". (28.03.2015). http://kosmos-x.net.ru/news/temnaja_materija_okazalas_eshhe_temnee/2015-03-28-3733

      Источник: "The nongravitational interactions of dark matter in colliding galaxy clusters" ("Science" 27 March 2015: Vol. 347 no. 6229 pp. 1462-1465). http://www.sciencemag.org/content/347/6229/1462

      Удалить
    2. Загадочное темное вещество стало еще более темным и загадочным

      "Когда происходит столкновение скоплений галактик, облака темного вещества этих скоплений свободно проходят сквозь друг друга, не проявляя никаких признаков взаимодействия. К такому выводу пришли астрофизики, исследовавшие процессы столкновений 72 скоплений галактик, при которых один кластер в буквальном смысле насквозь "прошивает" другой кластер.

      Когда сталкиваются скопления галактик, их темные вещества проходят друг через друга, не оказывая друг на друга никакого воздействия. Исследование, проведенное астрономами из Федеральной политехнической школы в Лозанне и Эдинбургского университета, ставит под сомнение предположение, что темное вещество может состоять из неизвестных пока субатомных частиц.

      Ученые пришли к такому выводу, проследив с помощью телескопов "Чандра" и "Хаббл" за столкновениями 72 скоплений галактик, в ходе которых одно скопление "прошивало" другое насквозь.

      Наблюдая за этими столкновениями, астрономы пытались понять, сказываются ли эти столкновения на состоянии сгустков темного вещества, которые имеются в каждой галактике и на которых приходится львиная доля массы в галактиках. Такие столкновения длятся сотни миллионов и даже миллиарды лет, поэтому астрономы воссоздавали события, сравнивая галактики на разных этапах этих "космических аварий".

      В своих исследованиях астрономы рассматривали два возможных варианта поведения темного вещества во время столкновений. Первый вариант подразумевает, что частицы темного вещества взаимодействуют между собой слабо, но часто. В этом случае столкновение кластеров должно привести к тому, что сгустки темного вещества замедлят свое движение. Второй вариант подразумевает редкие, но достаточно сильные взаимодействия частиц. Тогда часть темного вещества должна быть разбросана в окружающем межгалактическом пространстве.

      Оба возможных явления можно было бы легко заметить, так как замедление скорости темного вещества вызовет изменения в структуре галактик, снизит скорость их движения и сместит звезды, а выброс темного вещества в окружающее пространство скажется на общей массе галактики.

      Снимки и данные с космических телескопов "Чандра" и "Хаббл" показали, что оба варианта не были верны. В действительности ореолы галактик и прочие сгустки темного вещества проходят друг через друга так, как будто их вовсе не существует. Это значит, что частицы темного вещества, если они существуют (в чем авторы исследования сильно сомневаются), друг с другом взаимодействуют даже хуже, чем с обычным веществом, либо не взаимодействуют вообще. В итоге таинственное темное вещество стало теперь еще более таинственным и непонятным, чем было до этого. Это еще больше усложняет его поиски, и возможность непосредственного обнаружения этой загадочной субстанции с помощью существующих или еще только строящихся детекторов теперь находится под большим сомнением". (28.03.2015). http://www.seti-ceti.ru/961

      Источник: "Galaxy clusters collide - dark matter still a mystery". (March 26, 2015). http://phys.org/news/2015-03-galaxy-clusters-collidedark-mystery.html

      Удалить
  2. "Круги по воде" в "Живом журнале":

    Отрывок из раздела данной публикации «Правила схватки»: на кону - Вселенная в посте "Цензура!" (Oct. 1st, 2012 at 10:20 AM). http://istinata.livejournal.com/48780.html

    ОтветитьУдалить
  3. "Модель Лямбда-CDM"

    "The ΛCDM or Lambda-CDM model is a parametrization of the Big Bang cosmological model in which the universe contains a cosmological constant, denoted by Lambda, and cold dark matter. It is frequently referred to as the standard model of Big Bang cosmology, since it is the simplest model that provides a reasonably good match to the following observations:
    - the existence and structure of the cosmic microwave background
    - the large scale structure in the distribution of galaxies
    - the abundances of hydrogen, helium, deuterium and lithium
    - the accelerating expansion of the universe observed in the light from distant galaxies and supernovae
    The model assumes that General Relativity is the correct theory of gravity on cosmological scales. It emerged in the late 1990s as a concordance cosmology, after a period of time when disparate observed properties of the universe appeared mutually inconsistent, and there was no consensus on the makeup of the energy density of the universe. The ΛCDM model is extended by adding cosmological inflation, quintessence, and other elements that are current areas of research in cosmology. Some alternative models challenge the assumptions of the ΛCDM model, such as modified Newtonian dynamics, modified gravity, and large-scale variations in the matter density of the universe...

    Challenges

    Extensive searches for dark matter particles have so far shown no well-agreed detection; the dark energy may be almost impossible to detect in a laboratory, and its value is un-naturally small compared to naive theoretical predictions.
    Comparison of the model with observations is very successful on large scales (larger than galaxies, up to the observable horizon), but may have some problems on sub-galaxy scales, possibly predicting too many dwarf galaxies and too much dark matter in the innermost regions of galaxies. These small scales are harder to resolve in computer simulations, so it is not yet clear whether the problem is the simulations, non-standard properties of dark matter, or a more radical error in the model..."

    ("ΛCDM (читается «Лямбда-СиДиЭм») — сокращение от "Lambda-Cold Dark Matter", современная стандартная космологическая модель, в которой пространственно-плоская Вселенная заполнена, помимо обычной барионной материи, тёмной энергией (описываемой космологической постоянной Λ в уравнениях Эйнштейна) и холодной тёмной материей (англ. "Cold Dark Matter"). Согласно этой модели возраст Вселенной равен 13,75 миллиардов лет.

    Проблемы

    Обширные поиски частиц темной материи до сих пор не показали хорошо согласованной обнаружения; темную энергию почти невозможно обнаружить в лаборатории, и ее значение неестественно малы по сравнению с теоретическими предсказаниями.
    Сравнение модели с данными наблюдений очень успешно на больших масштабах (больше, чем галактики, до наблюдаемого горизонта), но могут иметь некоторые проблемы на суб-галактических масштабах, возможно, предсказано слишком много карликовых галактик, и слишком много темной материи во внутренних областях галактик. Эти небольшие масштабы труднее просчитать при компьютерном моделировании, так что пока не ясно, объясняется ли проблема моделирования нестандартными свойствами темной материи, или более радикальными ошибками в модели"). http://en.wikipedia.org/wiki/Lambda-CDM_model

    ОтветитьУдалить
  4. Лекция "Тёмная материя во Вселенной: факты, гипотезы, поиски..."

    [Дмитрий Сергеевич Горбунов, к. ф-м н., старший научный сотрудник отдела теоретической физики Института ядерных исследований РАН.]

    "...Мы обсуждаем звёзды, которые находятся в каких-то галактиках, не обязательно в нашей. Как правило, даже в нашей такого рода наблюдения провести очень тяжело. А проще провести такого рода наблюдения с другими галактиками, особенно, с, так называемыми, дисковыми галактиками. Галактиками, которые такие же, как и Млечный Путь.

    В основном, звёзды в таких галактиках сосредоточены в диске… Ну, и глядя на такие галактики, можно, используя вот тот же самый эффект Доплера, изменение частоты света в зависимости от скорости излучателя, определить скорость движения объектов, в данном случае звёзд, вокруг центров этих галактик…

    Ну, и, соответственно, если мы находимся на каком-то расстоянии от центра, то вся масса материи, которая расположена внутри, и создаёт гравитационное поле. Дальше астрономы, изучив теорию звёзд нашей галактики, по спектру света от галактики могут сказать, какие у них там звёзды, какие массы, определить эту массу вещества, глядя на излучение от центральной части галактики. Ну, и результат для, соответственно, гравитационного потенциала, мы подставляем, опять-таки,.. второй закон Ньютона. Который нам говорит (силу то мы теперь знаем), как, с какой скоростью двигаются звёзды вокруг центра галактики. Но вот результат такой вот.., такая вот линия должна была бы быть, если бы всё было так, как я говорил. Вот такая должна быть линия, так бы должны совпадать скорости. Что совсем не так, как мы видим. А вот экспериментальные точки. Ну, и вот для этой галактики появилась загадка... Но дело в том, что для каждой такой галактики такого типа, дисковой галактики, а дисковых галактик примерно 40%, имеется вот такого рода эффект. Экспериментально ожидаемые скорости звёзд существенно меньше, чем наблюдаемые…

    Ну, и объяснение, вернее, не объяснение, а как бы поскольку астрономы видят только то, что излучает, естественно, объяснение с их стороны – это такое, ну, вот там есть что-то, что мы не видим в телескоп. Что-то тёмное, что мы не видим в телескоп и оно даёт нам более мощную гравитацию и, соответственно, большие скорости вращения звёзд вокруг центра галактики. Объяснение нормальное совершенно. Потому что даже вот макроскопические объекты с точки зрения астрономии, кирпичи, например, если бы они были в центре галактики, обычные кирпичи, с которыми мы имеем дело при строительстве дома, они совершенно не были бы видны в телескопы. Они не излучают, не поглощают, если они расположены далеко друг от друга… Предположим, действительно, есть такого рода кирпичи или какие-то частицы, которые между собой никак не взаимодействуют, нет тут нашего электромагнитного взаимодействия с которым мы всегда привыкли иметь дело. На самом деле, все наши приборы, все детекторы, все устройства, которые у нас есть, все используют электромагнетизм для своей работы. Ну, вот не участвуют в электромагнитных взаимодействиях такие частицы. Ну, и ладно, хорошо, пусть так. А подойдут ли они нам, чтобы это объяснить? Оказывается, что да...

    Тогда эти частицы начнут взаимодействие между собой за счёт коллективных эффектов. Сформируют некое такое, его называют гало тёмной материи, такое, что гравитационный потенциал от неё будет как раз в точности, чтобы объяснить вот такие пологие, говорят, кривые вращения галактик просто за счёт коллективных эффектов и только гравитационных взаимодействий... С другой стороны, кривая, тип кривой оказывается правильным, подходящим и нужно только определить меру, сколько этих частиц нужно добавить в галактику, чтобы вот эту вот вещь объяснить, просто их количество… Таким образом, объясняется все результаты наблюдений вот такого рода кривых вращений, как говорят, звёзд в галактиках..." (5 декабря 2013 года). http://www.znanie-sila.su/?issue=projects/issue_177.html&r=1

    [Ф.Д. https://plus.google.com/103263750784622441418/ ]

    ОтветитьУдалить
    Ответы
    1. Видео «Вселенная - Темная материя». («The Universe - Dark Matter». Сезон 2 Эпизод 6) http://videobox.tv/video/85872/

      Удалить
    2. Темную материю можно исключить из модели Вселенной?

      "Итальянский математик создал несколько сложных формул, которые могут объяснить кривую вращения спиральной галактики не прибегая к помощи темной материи.

      В настоящее время эти кривые вращения представляют собой ключевые доказательства существования темной материи. Звезды, рассыпанные по краям галактик, движутся так быстро, что они должны улететь в межгалактическое пространство. Но раз этого не происходит, то предполагается наличие дополнительной «невидимой» массы (темной материи), которая способна гравитационно удерживать их на своих орбитах.

      В качестве примера можно рассмотреть кеплеровское движение планет в нашей Солнечной системе. Меркурий обращается вокруг Солнца с орбитальной скоростью 48 километров в секунду, в то время как Нептун вращается вокруг Солнца с орбитальной скоростью 5 километров в секунду. В солнечной системе расстояние от планеты до значительной массы Солнца зависит от ее орбитальной скорости. Таким образом, гипотетически, если бы масса Солнца была каким-то образом снижена, существующая орбитальная скорость Нептуна переместила бы его с текущей орбиты во вне, то есть в межзвездное пространство (если изменения были бы достаточно существенными).

      Физика галактики Млечный Путь отличается от Солнечной системы, так как ее масса распределена более равномерно по всему галактическому диску, а в случае с Солнечной системой 99% массы сосредоточены в центре.

      Тем не менее, если предположить подобные отношения между кумулятивной массой Млечного Пути и орбитальной скоростью его наиболее удаленных звезд, мы должны признать, что видимые объекты в пределах Млечного Пути - это только 10-20% массы, которая необходима для сдерживания орбитальной скорости звезд в его внешнем диске. Таким образом, мы приходим к тому, что остальная часть массы галактики должна быть темной (невидимой) материей.

      Этот современный взгляд на то, как устроены и «работают» галактики является ключевым компонентом текущей стандартной космологической модели Вселенной. Однако Карати (A. Carati) предположил невероятную, казалось бы, идею, что кривые вращения спиральных галактик можно объяснять гравитационным влиянием далекой материи, не прибегая к помощи темной материи вообще.
      Концептуально идея не имеет смысла. Нахождение значительной гравитационной массы за пределами орбиты звезд могло бы вытянуть их на более широкие орбиты, но трудно понять, почему это прибавило бы им орбитальной скорости. Вовлечение объектов в более широкую орбиту должно привести к тому, что орбита будет занимать больше времени, поскольку она будет иметь большую окружность. Однако то, что мы обычно видим в спиральных галактиках - звезды на удаленной орбите проходят ее за такой же период времени, что и более близкие к центру звезды.

      Но, несмотря на то, что предложенный механизм кажется немного неправдоподобным, особенно поражает в утверждении Карати то, что математика по-видимому смогла дать описание кривых вращения галактик, которое подходит под наблюдаемые значения как минимум четырех известных галактик.

      Математика опирается на принципы, установленные в уравнениях поля Эйнштейна, что и является проблематичным, поскольку уравнения поля основаны на космологическом принципе, который предполагает, что воздействие далекой материи незначительно.

      Интересно, в статье Карати приводится два примера такого воздействия. С одной стороны воздействие удаленной материи состоит в том, что она вызывает положительное давление, которое обеспечивает быстрое движение звезд, препятствуя их разлету; а с другой стороны - она может вызвать отрицательное давление, которое ведет к нетипичному распаду кривой вращения галактики". (06.12.2011). http://starmission.ru/theory/temnuyu-materiyu-mozhno-isklyuchit-iz-modeli-vselennoj.html

      На англ.: «Carati Gravitational effects of the faraway matter on the rotation curves of spiral galaxies». http://arxiv.org/pdf/1111.5793v1.pdf

      Удалить
    3. Новые наблюдательные данные бросают вызов гипотезе темной материи

      "В конце 70-х астрономы Вера Рубин и Альберт Бозма независимо друг от друга нашли, что спиральные галактики вращаются почти с постоянной скоростью: линейные скорости звезд и газа, находящихся внутри галактики, почти не уменьшаются с увеличением радиуса, как следовало бы ожидать, исходя из законов Ньютона и распределения видимой материи, а вместо этого остаются постоянными. Такие «кривые плоского вращения» обычно связывают с наличием невидимой темной материи, окружающей галактики и дающей им дополнительное гравитационное связывание.

      Сегодня команда исследователей во главе со Стейси МакГауф, заведующей кафедрой астрономии Университета Кейс Вестерн Резерв, США, нашла новые соотношения для спиральных и неправильных галактик: ускорение, наблюдаемое на кривых вращения, тесно коррелирует с гравитационным ускорение, ожидаемым, исходя из наличия в галактике только видимой материи.

      Эти находки подтверждаются для 153 спиральных и неправильных галактик, от гигантских до карликовых, с массивными центральными балджами или вовсе без таковых. Соотношения остаются справедливыми как в случае галактик, состоящих в основном из звезд, так и в случае галактик, состоящих в основном из газа.

      Независимый астрофизик Дэвид Меррет из Рочестерского технологического института, США, рецензировавший это исследование, сказал, что эти находки могут привести к новому пониманию внутренней динамики галактик.

      Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters". (22 сентября 2016, 07:06:15). http://www.astronews.ru/cgi-bin/mng.cgi?page=news&news=8923

      (Интересные комментарии)

      Удалить
    4. Вращение галактик поставило под вопрос существование тёмной материи

      "Новое исследование ставит под сомнение существование тёмной материи — основы современных представлений о Вселенной.

      Астрономы с помощью наблюдений в инфракрасном диапазоне впервые показали, что кривые вращения галактик вполне можно объяснить без привлечения гипотезы тёмной материи. Соответствующая статья направлена на публикацию в журнале Physical Review Letters, а с её препринтом можно ознакомиться на сайте Корнельского университета.

      В дисковой части спирали Млечного пути, как и в других сходных галактиках, звёзды вращаются вокруг центра необычным образом. Если в Солнечной системе орбитальная скорость объекта на определённом расстоянии от центра уменьшается (как и должно быть в соответствии с механикой Ньютона), то в частях других галактик этого почему-то не происходит. Звёзды на периферии галактик вращаются вокруг их центров со слишком большой скоростью. Чем дальше от центра, тем их скорость выше, чего быть не должно. Самое простое объяснение этой странности — то, что за пределами центра галактик лежит так называемая тёмная материя, гравитация которой и придаёт дополнительную скорость звёздам на окраинах галактик.

      Исследователи из Университета Case Western Reserve (США) использовали снимки космического ИК-телескопа "Спитцер", чтобы прояснить вопрос о том, как различается вращение галактик, имеющих много тёмной материи и мало тёмной материи. Всего они исследовали 153 галактики как спиральной формы, типа нашей, так и неправильной формы. Некоторые из них были гигантскими, некоторые — карликовыми. Ряд этих галактик имел массивную центральную часть, другие почти вовсе не имели её.

      Результаты исследования оказались весьма неожиданными. Кривая вращения галактики, описывающая, как меняется скорость вращения звёзд на её окраинах, полностью определялась распределением обычной, видимой материи в той или иной галактике. Причём это оказалось верным для всех типов изученных галактик. Повышенное содержание тёмной материи в той или иной галактике можно обнаружить по косвенным признакам. Однако в независимости от того, богата ли та или иная изученная галактика тёмной материей или нет, на кривые её вращения это никакого влияния не оказывало.

      Учёные предполагают, что результаты их исследования резко расходятся с предшествующими потому, что они использовали для оценки массы обычной материи снимки в ИК-диапазоне. Более ранние работы базировались на наблюдениях в видимом свете. Многие объекты в галактиках в видимом свете очень тусклые. Это могло привести к неверной оценке массы обычной материи в таких галактиках.

      Кривые вращения галактик упрощённо можно представить на графике, где показана зависимость орбитальной скорости звёзд в галактике (ось ординат) от расстояния до её центра (ось абсцисс). Как отмечает не участвовавший в исследовании Дэвид Меррпит (David Merritt) из Рочестерского технологического института (США), данные, полученные в новой работе, — это "серьёзный и, возможно, фатальный вызов гипотезе тёмной материи. Ничто в стандартной космологической модели [опирающейся на тёмную материю] этого не предсказывало, и почти невозможно представить себе, как эта модель может учесть новооткрытые факты без полного отказа от гипотезы тёмной материи".

      Если выводы работы не будут опровергнуты, концепция тёмной материи действительно окажется в сложном положении. Учитывая, что на ней базируются общие представления о современной Вселенной и идущих в ней процессах, исследование способно оказать серьёзное влияние на современную космологию в целом". (27 сентября 2016, 13:44). https://life.ru/t/%D0%BD%D0%B0%D1%83%D0%BA%D0%B0/907112/vrashchieniie_ghalaktik_postavilo_pod_vopros_sushchiestvovaniie_tiomnoi_matierii

      Удалить
    5. Темные начала. Астрофизики наткнулись на фундаментальную загадку Вселенной

      "Группа британских и немецких астрофизиков опубликовала исследование о роли темной материи в ранних галактиках, которое ставит под вопрос наше понимание того, как устроена Вселенная.

      Долгое время астрофизики считали одним из важнейших доказательств существования темной материи во Вселенной тот факт, что скорость вращения дисковых галактик по краям (где звезд меньше) равняется скорости вращения центральных областей (где звезд на порядок больше).
      Гипотетическая темная материя, размещенная по краям галактик, уравновешивает центральные зоны, что обеспечивает равную скорость вращения.

      Однако исследование ученых из немецкого Института внеземной физики Макса Планка и британского университета Бата показывает, что это не всегда так.

      Исследование, результаты которого были опубликованы в авторитетном журнале "Nature" http://nature.com/articles/doi:10.1038/nature21685 , показывают, что в ряде древних галактик, свету которых требуется 10 млрд лет, чтобы достичь Солнечной системы, темной материи нет вообще, либо же она присутствует в незначительных количествах.

      Это вступает в противоречие с нынешними представлениями об устройстве Вселенной и ставит ряд вопросов о существующей трактовке темной материи.

      Темная материя

      Невидимой темной материи примерно в пять раз больше, чем видимой. Мы знаем, что она существует из-за гравитационного воздействия, которое она оказывает на видимую материю, поясняет Стийн Вуйтс, физик из английского университета Бата, один из авторов исследования https://theconversation.com/lack-of-dark-matter-in-early-galaxies-perplexes-astronomers-74352

      Проще говоря, видимой материи было бы недостаточно для того, чтобы удерживать целые галактики вместе, как это происходит на самом деле. Отсюда мы делаем вывод о наличии темной материи, которая составляет по разным оценкам от 80 до 90% Вселенной.

      Однако, мы до сих пор не знаем, что представляет собой темная материя и откуда она взялась. Гипотез на этот счет предостаточно, но ни одна из них до сих пор не заслужила статуса общепринятой.

      И вот, новая загадка. Согласно новому исследованию, в первых галактиках, которые возникли после Большого Взрыва количество темной материи было весьма незначительным. Откуда она взялась позже? Когда это произошло и почему?

      В астрономии гравитация играет ключевую роль, поясняет Вуйтс. Звезды светят для того, чтобы избежать гравитационного коллапса из-за собственной массы. Вращение Млечного пути также связано с противостоянием гравитационному разрушению. Некоторые крупные галактики не вращаются, но время от времени перемещаются, чтобы находиться в гравитационном балансе.

      Вот почему измерения движений галактики — это эффективный инструмент для определения гравитационного воздействия в некоей части космического пространства. Или же для определения того, как массы материи там присутствуют.

      Вращение пустующих внешних зон галактик с той же скоростью, что и «густонаселенных» центральных областей напрямую указывает на наличие темной материи. Ученые предполагают, что у галактик есть своего рода «гало» из темной материи, которое и приводит к такому равновесию.

      Видимая материя занимает лишь малую часть галактического диска. Остальное пространство заполнено темной материей. Ее гравитационное влияние объясняет, почему звезды на окраинах дисковых галактик не замедляются..."

      Удалить
    6. Темные начала. Астрофизики наткнулись на фундаментальную загадку Вселенной. (Окончание)

      "...У современной науки появились очень мощные инструменты наблюдения за Вселенной, например, такие как Европейский очень большой телескоп, который позволяет получать снимки очень удаленных галактик. Их свет летит к нам настолько долго, что это позволяет нам наблюдать за формированием галактик 10 млрд лет назад. В том числе и оценить скорости их вращения — целиком и по разным областям.

      Такие наблюдения позволили Вуйтсу и его коллегам из Института внеземной физики Макса Планка https://www.sciencedaily.com/releases/2017/03/170315143828.htm измерить скорости вращения шести очень древних галактик. И еще около сотни галактик, которые значительно старше тех, что расположены близко к Млечному пути.

      Полученные измерения очень удивили ученых. Оказалось, что в древних галактиках внешние области вращались медленнее центральных областей. Проще говоря, в этих галактиках не было темной материи, либо же ее количество было весьма незначительным.

      Тайна ранних галактик

      По словам ведущего автора исследования Рейнхарда Генцеля из Института внеземной физики Макса Планка, в галактиках, которые сформировались относительно недавно — таких как Млечный путь — темная материя составляет от 50 до 80% массы https://www.scientificamerican.com/article/dark-matter-did-not-dominate-early-galaxies/

      В древних галактиках, которые были объектами исследования, этот показатель не превышает 10%, констатирует Генцель.

      Объяснения этому удивительному наблюдению пока нет.

      Возможно, наблюдения за удаленными галактиками позволили застать тот самый условный момент, когда гало из темной материи формировались, а галактики пока еще не находились в равновесии. Другими словами, эти галактики формировались в областях Вселенной, где концентрация темной материи была ниже. Но почему?

      В какой момент времени темная материя «вступает» в игру? Почему количество темной материи в разные эпохи Вселенной было разным?

      Для формирования точных представлений о том, как происходили эти процессы, нужны детальные наблюдения за галактиками на протяжении всей их жизни, отмечает Вуйтс. И сделанные им наблюдения уже являются одним из элементов этой общей картины.

      На текущий момент можно достоверно утверждать лишь одно. Древние дисковые галактики, за которыми наблюдали Вуйтс и его коллеги, сильно отличаются от галактики типа Млечного пути, которые мы можем наблюдать сегодня.

      Вуйтс уверен, что загадку можно разгадать, наблюдая за древними галактиками в других областях Вселенной, в том числе и не только за дисковыми, но и за сферическими, а также спиральными, такими как Млечный путь.

      Только так можно будет понять, как и на каком этапе эволюции Вселенной темная материя начинает играть столь значительную роль, как сегодня. И возможно, именно здесь кроется ответ на один их основных вопросов современной физики — что такое темная материя". (29 марта 2017, 20:02). http://nv.ua/techno/science/temnye-nachala-astrofiziki-natknulis-na-fundamentalnuju-zagadku-vselennoj-880554.html

      Удалить
  5. Толковая, как всегда, статья, наглядно показывающая методику сохранения любыми способами действующих догм. Гипотеза Большого Взрыва накопила столько противоречий, что для её сохранения потребовалось придумать фантастические инфляционные гипотезы, тёмную материю и энергию, чёрные дыры и пр.
    Что касается кривых вращения галактик, откуда, собственно, и произошла гипотеза тёмной материи, то никто и нигде, кажется, не рассматривал вариант образования материи галактик путём дезинтеграции её сверхмассивного центрального тела, выбросов вещества из него в разных формах, о чём писал ещё В.А. Амбарцумян. В т.ч. в виде струй, которые образуют спиральные рукава. То, что рукава галактик, вращаясь вокруг центра, одновременно и удаляются от него, постепенно "расплываясь", давно доказано наблюдениями. Интересно, каковы будут ротационные кривые галактик для такого варианта их происхождения и развития?

    ОтветитьУдалить