среда, 31 октября 2012 г.

Новая сущность. Часть 3. Загадка гало спиральных галактик


    Федор Дергачев

    В этом месте считаю нужным сделать очередное методологическое отступление.

    Официальная наука: переубедить невозможно

    Необходимо рассказать про «подводные камни» той логики, которую я применю дальше. Дело в том, что те независимые исследователи, которые пытаются провести свой анализ и сделать выводы, отличающиеся от официальных, попадают в ловушку, которая, по мнению управленцев современной науки, срабатывает неизбежно.
    Итак, к сожалению, такие исследователи, упоминая про «белые пятна» или противоречия модных ныне гипотез, как бы ни были они аккуратны, совершают одну и ту же ошибку. Заслуженно подвергая критике модные математические модели и «дежурные» объяснения, критики официальной науки рано или поздно «подвергают обстрелу» и данные наблюдений, на которых эти модели и наблюдения базируются. А это совершенно недопустимо и, безусловно, сразу отбрасывает такого критика на маргинальное поле, даже если 3/4 его анализа были верны.
    Причем управленцев науки такая ситуация полностью устраивает, позволяя, как и все предыдущие десятилетия, «выбивать» финансирование на поддержку «проверенных» проектов, основанных лишь на некоторой (непротиворечивой) части данных, причем отбрасывая оставшиеся «ловким приемом» – а именно, делая их фигурой умолчания.
    «Отбрасывание» официозом мнения независимых исследователей до последнего времени являлось беспроигрышным ходом. При этом главной ошибкой последних являлось привлечение Интернета в качестве основного источника информации о новейших достижениях науки. Особенно негативным в этом плане является использование Интернет-СМИ. Приятным исключением ныне являются лишь «Популярная механика» и «Элементы», до недавнего времени - портал «inauka» (закрыт в 2011 году). У других, даже у «Мембраны» и «rnd.cnews.ru», не говоря об остальных, перевод на русский язык новостей иногда сопровождается комментариями, вызывающими, мягко говоря, сомнениями в компетентности их авторов. Таково, в частности, мнение Игоря Иванова из Университета Льежа (Бельгия) - ознакомьтесь с комментариями к его посту  https://plus.google.com/116111227863953113930/posts/4tiBuTuzTzi (15 августа 2011 года).
    Я посоветовал бы независимым исследователям в поисках объективной информации обратиться к статьям в журналах «В мире науки», «New scientist», «Наука и жизнь», «Знание-сила». Хотя и понимаю, что у этих журналов при всех плюсах большой «недостаток» – полные версии статей практически отсутствуют в Интернете.
    Кроме перечисленной периодики, больше доверия вызывают также печатные издания (в том числе сборники), содержащие астрономические обзоры (с учетом реноме авторов и издательств).
    Очень интересны монографии (часть из них выложена на порталах «astronet.ru», «cosmo.irk.ru» и некоторых других). Их авторы очень аккуратны, и просто уходят от сомнительных и непроверенных обобщений и выводов. Но, так как некоторые гипотезы практически общеприняты, авторы воспроизводят их в тексте, и появляется возможность подискутировать, что не премину сделать позже.   
    Понятно, что ни я, ни кто иной не сможет переубедить в чем-либо сторонников официальной линии в астрономии. Но считаю, что важно выразить в Интернете свое мнение. А те, которым предстоит сделать соответствующие выводы – не сомневаюсь, вскоре найдутся.
    Буду доволен, когда упомянутые управленцы современной науки будут «выкинуты на свалку истории», а строение Вселенной будет переосмыслено пришедшими им на смену истинными гениями XXI века. Явление Григория Перельмана стало преддверием этого.
     
    Внешняя часть гало и гравитационное поле во внутренних частях галактик

    «…Однако для многих галактик [линейная скорость вращения] либо не убывает с ростом радиуса, либо убывает слишком медленно. Это свидетельствует о существовании у многих галактик мощных невидимых корон (см. Скрытая масса), масса которых часто превосходит видимую массу галактик (звёздного компонента и газа)». («Вращение галактик»). 

    Кроме «темной материи» к объяснению такого вращения «вещества (такого как звёзды или газ) в дисковой части спирали», грубо противоречащего Кеплеровской (Ньютоновской) динамики, было подключено множество других объектов. Они, как и темная материя, по мысли теоретиков, должны находиться в гало (ореоле, короне), окружающем галактики.

    Массивные объекты гало галактик
    «Для объяснения отклонения скоростей вращений галактических объектов от кеплеровских следует предположить наличие массивного тёмного гало галактик. К массивным объектам гало галактик (Massive Astrophysical Compact Halo Objects, MACHO) относятся слабоизлучающие компактные объекты, в первую очередь маломассивные звёзды - коричневые карликисубзвёзды или очень массивные юпитероподобные планеты, масса которых недостаточна для инициирования термоядерных реакций в их недрах, остывшие белые карликинейтронные звёзды и чёрные дыры». («Скрытая масса Вселенной»). 

    Летом 2011 года в процессе подготовки материала по галактическим аномалиям меня заинтересовала книга - Новиков И.Д. «Эволюция Вселенной», в которой автор указывает, что гравитация объектов, находящихся в упомянутых галактических коронах, никак не влияет на «динамику внутренних частей галактик».

    «Сферически-симметричная материальная оболочка не создает никакого гравитационного поля во внутренней полости». (Новиков И.Д. «Эволюция Вселенной» - 2-е изд., перераб. – М.; «Наука». Главная редакция физико-математической литературы, 1983. Глава 1 «Расширяющаяся Вселенная», параграф 2 «Теория предсказывает нестационарность Вселенной», стр. 15-16).


    «В последнее время появляется все больше сторонников идеи о том, что галактики могут быть окружены огромными массивными коронами слабо светящихся объектов, которые по их свечению обнаружить крайне трудно. Это могут быть, например, звезды низкой светимости. Масса этих звезд в коронах не влияет заметно на динамику внутренних частей галактик (вспомним, что сферическая оболочка не создает гравитационного поля во внутренней полости)». (Там же, параграф 9 «Средняя плотность вещества во Вселенной и проблема «скрытой» массы», стр. 52).

    Как я понял, это «общее место», которое, вроде бы, является само собой разумеющимся.
    «Как было доказано еще Ньютоном, тяготение всего вещества вне шара взаимно компенсируется и никак не влияет на динамику внутренних его областей». (Д.Ю. Климушкин «Космология». «4.2. Гравитация в однородной и изотропной Вселенной приводит к торможению ее расширения»).
    Но, что характерно, когда речь заходит о «темной материи», об этом «очевидном» правиле немедленно забывают.

    Возникает вопрос, где же в таком случае должна располагаться гипотетическая темная материя, чтобы столь кардинально повлиять на вращение вещества плоских подсистем спиральных галактик? Может быть, под «гало» понимается не окраина галактического пространства, а вся сфера, начиная от центра галактики «пронизанная» темной материей? Но равномерно распределенная по объему материя («какой бы «темной» она не была»  - шутка) не должна приводить к нарушению Кеплеровской динамики.
    Тогда, может быть, темная материя распределена по сфере не равномерно, а с плотностью, увеличивающейся по мере удаления от центра галактики? Мне попалась на глаза статья о различии плотности «темной материи».

    «Приходится добавлять компонент (гало), состоящий из ненаблюдаемого темного вещества. На больших расстояниях от центра галактики вклад этого гало (иногда используют название «темное гало» - dark halo) является доминирующим...
    Для декомпозиции… темное гало часто рассматривают как сферическую систему с радиальным распределением плотности по радиусу галактики в виде p(r) = p(0)/(1+ r2/a2), где p(0) - центральная плотность; a - шкала расстояний. Именно такое распределение дает плоскую кривую вращения на больших радиусах. Сферичность - это первое приближение, как мы увидим ниже, ряд авторов делают вывод о несферичности темного гало.
    Такая ситуация, то есть существование массивного гало, характерна практически для всех спиральных галактик, для которых удалось пронаблюдать периферийные области (состоящие из нейтрального водорода). Похожая картина наблюдается и для карликовых неправильных галактик и галактик с низкой поверхностной яркостью, хотя для последних степень концентрации темного вещества к центру может быть меньшей, чем отмечено в предыдущем абзаце». (Б. М. Шустов «Скрытая масса во Вселенной и в Галактике». Институт астрономии РАН (Лекция, прочитанная на 34-й студенческой научной конференции «Физика Космоса», Коуровка, 2005)«Наблюдательные свидетельства существования скрытой массы»)

    Вообще же, по поводу наличия темной материи в центре галактик официальная астрономия никакого восторга не испытывает:

    «…Внутри галактик тоже может существовать скрытая масса, но не превосходящая по плотности видимый компонент.
    С другой стороны, анализ устойчивости быстро вращающегося галактического диска также приводит к выводу, что значительная часть массы галактик должна быть заключена в сферической составляющей». («Вращение галактик»). 


    Таковы были мои рассуждения летом 2011 года после первоначального знакомства с проблемой. Но в июле 2012 я приобрел монографию «Физика галактических дисков» (Фридман А.М., Хоперсков А.В. – М, ФИЗМАТЛИТ, 2011), и данное видение гравитационного поля сферически-симметричных оболочек спиральных галактик было в определенной степени скорректировано.
     Приведу «адаптированную» цитату из данной монографии (формулы и сокращения «расшифрованы»). Обращаю внимание, что авторы анализируют вращение звездного диска внутри гало, но при этом вращение самого гало полностью остается «за кадром» - упоминается только его наличие.

    Плоские кривые вращения галактического газа

    «Примерно 80% галактик высокой светимости относятся к спиральным. Изучение кинематики именно S-галактик [спиральных – Ф.Д.] в 70-е г.г. предоставило первое доказательство существования темной материи внутри них [в этом месте приведены названия статей Веры Рубин и ее соавторов – Ф.Д.].
    Для объяснения плоских кривых вращения (V=const) далеко за пределами внешней границы звездного диска была предложена гипотеза достаточно массивного темного гало – сфероидальной подсистемы, внутри которой находится звездный диск (рис 1.32). Гало также содержит звезды (включая нейтронные звезды, белые и коричневые карлики), газ и шаровые скопления, т.е. «видимое» (барионное) вещество, однако его звездная масса, по-видимому, не превышает 10%. В этой главе под массой гало Mh понимается масса внутри так называемого оптического радиуса Rmax, который определяется внешней границей звездного (но не газового) диска». (Фридман А.М., Хоперсков А.В. «Физика галактических дисков». – М, ФИЗМАТЛИТ, 2011, стр. 483. Глава 10 «Темная масса внутри галактик». 10.1. «Плоские кривые вращения галактического газа»).

    В этом месте прерву цитирование, чтобы обратить внимание на совершенно «детский», но эффективный прием авторов монографии. Обращаю внимание, что рис. 1.32 на стр. 48 расположен достаточно далеко от цитируемой стр. 483, и вряд ли кто-либо из читателей будет листать назад солидный том, чтобы найти рисунок с простейшей схемой (рисунок ниже):


    Схема-то простейшая, но вот надпись под рисунком вполне могла бы навести на размышления:

    «Рис. 1.32. Основные структурные элементы S-галактики [спиральной – Ф.Д.]. Внутри звездного диска находится газовый диск, последний практически всегда простирается по радиусу дальше звездного. В центре находится балдж – почти сферическая звездная подсистема. Дисковые подсистемы вращаются быстрее балджа. Гало почти не вращается».

    Имеется в виду не темное, а звездное гало. Об этом – там же, но немного выше:
    «Как уже отмечалось ранее, плоские галактики обладают и сферической подсистемой, объемная плотность которой убывает с удалением от центра галактики (при этом обычно выделяют внутренний балдж, звездное гало и темное гало). Дисперсия [разброс - Ф.Д.] скоростей звезд этой подсистемы сравнима с их круговой скоростью… Обычно по этому признаку их и выделяют из общего числа звезд в солнечной окрестности Галактики, относя звезды с малыми радиальными скоростями к населению диска… Скорость вращения… звезд гало в Галактике в окрестностях Солнца V = 25 плюс-минус 15 км/с». (Там же, стр. 47-48. Глава 1 «Наблюдаемые свойства дисковых галактик». 1.4. «Крупномасштабные структуры в S-галактиках». 1.4.5. «Галактическое гало и корона»).

    Эта скорость - 25 км/с – совершенно иного порядка (на порядок ниже), чем скорости звезд плоской подсистемы спиральной галактики (скорость вращения Солнца вокруг центра нашей Галактики - 200 км/с), и простейшее сравнение могло вызвать вопрос у читателей – как же звезды, находящиеся на одном и том же расстоянии от центра Галактики, могут иметь настолько различающиеся скорости вращения? Но «опасный» материал отделен, и далее изложение идет более или менее гладко.
    И кривые вращения на рис. 10.1. действительно интересны.

    «Круговая скорость вращения в плоскости диска Vc определяется из баланса радиальных гравитационных сил, действующих со стороны всех подсистем [диска, балджа и гало – Ф.Д.].
    На рис. 10.1. показаны кривые вращения газа, простирающиеся далеко за пределами оптического радиуса галактик Rmax, где сходят на нет звездные диски, в которых сосредоточена основная масса видимого вещества (прежде всего звезд). Дополнительно мы построили [кривую] Vc(r), которая совпадает с кривой вращения газа внутри Rmax, но в области r > Rmax вещество, включая темную компоненту, отсутствует…

Рис. 10.1. Примеры некоторых ближайших галактик с известными кривыми вращения типа плато, которые простираются далеко за пределы границы звездного диска: NGC 3198…, NGC 2273, NGC 2273, NGC 7286… Показаны радиальные зависимости скорости вращения газа по наблюдениям Vobs (черные точки)  и круговые скорости Vc(vm), построенные в предположении, что за пределами звездного диска масса отсутствует (сплошная линия). Вертикальная стрелка указывает границу звездного диска галактики (оптический радиус Rmax).
    На расстоянии 2 Rmax относительная разность скоростей (Vobs - Vc(vm))/Vobs составляет около 30%. У ряда галактик наблюдаемая скорость вращения газа сохраняет постоянное значение вплоть до 3 Rmax и даже дальше. У [галактики] NGC 3741 кривая вращения по HI прослеживается до 8 оптических радиусов». (Там же, стр. 483-484. Глава 10 «Темная масса внутри галактик». 10.1. «Плоские кривые вращения галактического газа»).

    Обращаю внимание, что на приведенных на рис. 10.1. графиках «вертикальная стрелка указывает границу звездного диска галактики (оптический радиус Rmax. И основное различие между наблюдаемыми и теоретически вычисленными кривыми во всех четырех графиках начинается строго после вертикальной стрелки, в области, окружающей спиральную галактику

    Но кривые вращения задают исследователям лишь самый первый из того ряда вопросов, который в итоге вообще приводит к сомнениям в правильности рассмотрения современной наукой проблемы скрытой массы в галактиках.
    Рассмотрим все по порядку.

    «Новая сущность». Часть 4. «Лекция Р. Сюняева и математические модели»http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/11/3.html

2 комментария:

  1. "На сегодняшний день может быть обнаружено примерно в 30 раз меньше темных гало малой массы, которые являются основой для формирования карликовых галактик, чем предсказывает модель. Кроме того, из модели следует, что плотность темной материи в центре гало стремится к бесконечности, образуя на соответствующем графике так называемый касп (от англ. cusp - острый выступ), в то время как во Вселенной каспы не обнаруживаются". ("Частицы с "переменной" массой могут входить в состав темной материи". 10 июля 2012, 16:43). http://ria.ru/science/20120710/696211530.html

    ОтветитьУдалить
  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

    ОтветитьУдалить