Новая сущность. Часть 5. Вращение спиральных галактик

Часть 4. http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/11/3.html

    Федор Дергачев

  

    «Новая сущность» в спиральных галактиках

    Постоянные читатели в этом месте прервут мои «громы и молнии» прямым вопросом: в чем именно проявляется новая сущность?

    Отвечу: по моему мнению, для выделения таковой необходимо обратить особое внимание на следующее:

    1. Удивительное твердотельное вращение спиральных ветвей в S-галактиках. Конечно, на самом деле «спиральные рукава представляют собой волны плотности, нарастающие до нелинейных амплитуд из-за развития гидродинамических (неджинсовских) неустойчивостей в газовом галактическом диске». (А.Г.Моpозов, А.В.Хопеpсков «Физика Дисков». Глава «Гидродинамическая концепция»). Но я хочу обратить особое внимание на «строение спиральных ветвей [исключительно Ф.Д.] из объектов I типа населения» («Проблема происхождения спиральных ветвей галактик» Фев. 08, 2012).

    «Население I типа, которое входит в плоскую подсистему и формирует спиральные рукава» («Эволюция Вселенной и происхождение жизни» Часть III. Глава 20 «Тайна Млечного пути» / Пекка Терикорпи, Маури Валтонен, Кирсо Лехто, Харри Лехто, Джин Берд, Артур Чернин; (пер. с англ. В. Сурдина). - М.; Эксмо, 2010). 

    Получается, что все красивые теории о происхождении спиральных рукавов, вроде бы великолепно математически промоделированные, имеют важнейший изъян. «Эффектные» спиральные рукава действуют далеко не на все звезды,  которые в них входят. Выборочное действие они оказывают лишь на более молодые звезды диска. Древние же звезды и шаровые скопления, образующие гало, для спиральных рукавов будто и не существуют, проходя через них без малейшего изменения скорости.

    2. «В совокупности молодые звёзды, газ и пыль образуют вращающийся с большой скоростью диск Галактики, тогда как гало старых звёзд почти не вращается. При этом диск как бы вложен в подсистему старых звёзд… Оказывается возможным такое своеобразное состояние, когда диск вращается внутри почти неподвижного гало». («Динамика и кинематика Галактики»).

    «Дело теперь даже не в увеличении скорости вращения при удалении от центра - для ее объяснения, в конце концов, «высосали из пальца» «темную материю».

    Но подсистемы! Плоская вращается вопреки всем законам Ньютона, а сферическая подсистема (гало), проходящая ТАМ ЖЕ, двигается еле-еле!

    …Получается, что в одних и тех же районах галактик (и нашей, и других спиральных) звезды вращаются с принципиально различными скоростями, в зависимости от того, в какую подсистему они входят! То, что они резко различаются и по возрасту, и по химическому составу - только «добавляет перцу».

    «Темная материя» такой разнобой объяснить уже никак не может. Гравитационное поле в одной точке может быть одно, даже если оно самое «экстравагантное»! Если же в одном месте одна звезда вращается быстро, а другая - медленно, это уже не объяснить никакой темной материей - это значит, что действует НЕ ТОЛЬКО гравитация.

    Итак, в спиральных галактиках действуют исполинские СИЛЫ НЕ ТОЛЬКО ГРАВИТАЦИОННОЙ ПРИРОДЫ, и действуют очень избирательно. Так что «темная материя», даже если она и существует, или «MoND» (модифицированная ньютоновская динамика) в этом случае совершенно бесполезны для объяснения феномена». (Ф.Д. «Извне. Часть 1. Об обращении небесных сфер»).

«Движение звезд в Галактике - Алексей Расторгуев». («Астроном А. Расторгуев о скорости движения, орбитах и химическом составе звезд»). 

    3. Очень странной представляется характеристика вращения перемычек (баров) в центральной области спиральных галактик: «твердотельно вращающаяся перемычка (бар)». (Фридман А.М., Хоперсков А.В. «Физика галактических дисков». – М, ФИЗМАТЛИТ, 2011, стр. 46. Глава 1 «Наблюдаемые свойства дисковых галактик». 1.4. «Крупномасштабные структуры в S-галактиках». 1.4.4. «Галактические бары»).

Спиральная галактика NGC 1300. В центре хорошо видна перемычка (bar). Фото NASA/Hubble, 2005 

    «Бары и спиральные рукава - это волны избыточной плотности… Если эллипсы звёздных орбит вращаются с сильно различающимися скоростями, в галактике не возникают волновые структуры. Звёзды иногда сближаются друг с другом, но затем быстро расходятся. Волна возникает тогда, когда многие или все эллипсы поворачиваются с одинаковой скоростью. В динамическом образовании бара эти эллипсы ориентированы одинаково и создают область повышенной плотности вдоль своих главных осей. В спиральной волне ориентация соседних орбит различается незначительно, поэтому область повышенной плотности выглядит как изогнутая линия.

    Соответственно, звёздные орбиты могут двигаться в унисон. Что же заставляет эллипсы „шагать в ногу“? Это происходит благодаря спонтанной гравитационной неустойчивости. Поскольку гравитация в таких системах вызвана не внешним источником, а самими звёздами, волны их плотности могут сами себя усиливать. Процесс начинается, когда звёздные орбиты случайно выстраиваются и гравитация изменяет скорость вращения эллипсов: быстрые замедляются, а медленные ускоряются, так что их движение синхронизируется. Когда звезда входит в волну, гравитация запирает её на время, затем отпускает, и та уходит. А другие, последовавшие за ней, поддерживают сохранность структуры». (Франсуаза Комб «Рябь в галактическом пруду». Глава «Бар Млечного пути». «В мире науки»).

    Казалось бы, все понятно – вращение бара не отражает истинного движения звезд в центре галактик, бар является лишь волной плотности. Но есть и другая точка зрения.

    «В настоящее время нет общепринятой теории возникновения перемычек. Согласно наиболее распространенной гипотезе, перемычки возникают в результате гравитационных возмущений, исходящих из центра галактики. Из-за них звезды сходят со своих орбит и сбиваются в скопления. В этих формациях звезды движутся примерно с одной угловой скоростью. На следующем этапе нарушается движение по орбитам уже скоплений и так далее. В конце концов, процесс приводит к возникновению вытянутой звездной формации, проходящей через центр, в которой все звезды движутся примерно с одной угловой скоростью. При этом звездные рукава примыкают к концам перемычки». («Обнаружены признакизрелости галактик». 30 июля 2008, 23:24).

    С чем я согласен, так это с тем, что «имеющийся в центре галактики бар действует как генератор, возбуждающий и поддерживающий волны плотности» (Л. С. Марочник,  "Физика Космоса", 1986. Глава «Спиральная структура галактик»).

    «Важнейшей проблемой активных галактических ядер (АГЯ) является выявление механизма, который поставляет газ в самый центр галактики, в область гравитационного влияния массивной черной дыры. Общепринято, что бары могут приводить к сильным неосесимметричным движениям газа и обеспечивать ''прокачку'' газа через центр». («Бары в галактиках. Галактики с активным ядром»).

    Но эти отрывки наводят уже на совершенно мысли уже совершенно другого уровня, выходящего за рамки предварительной статьи. Если удастся, я разовью их летом 2013 года…

    Я вернусь к анализу тезисов под номерами два и три в «Части 10», где разберу их более подробно.

    4. «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!» (Доктор физико-математических наук В. П. Решетников «Эти странные галактики с полярными кольцами»).

    «В численных моделях, рассчитанных современными астрономами Д. Фридли и В. Бенцем (1993, 1995)… отмечается любопытная особенность: центра галактики газ может достигнуть, только если он изначально вращался так же, как и звёзды. А если газ вращается в другую сторону, то в процессе стекания к центру галактики, он выходит из плоскости диска и образует устойчивое наклонное кольцо. Оно может долго вращаться, не падая на центр, и тогда вспышки звездообразования не будет...

     Откуда может взяться газ, вращающийся навстречу звёздам? Самый распространённый ответ: из соседней галактики, у которой момент направлен в другую сторону по сравнению с галактикой, на которую натёк газ (при аккреции момент вращения сохраняется). Опять же, поставка контрвращающегося газа возможна при малом слиянии, которые считаются „дежурным“ моментом эволюции дисковых галактик, в том числе нашей собственной Галактики. Например, происхождение толстого звёздного диска в нашей Галактике связывают с малым слиянием - поглощением спутника.

Спиральная галактика NGC 4826: по виду галактики никто не мог предположить, что внешний газ диска вращается навстречу звёздам. Фото Дж. Глиссена (обсерватория Кит-Пик). http://abyss.uoregon.edu/~js/images/opo0404a.jpg

    Галактики с глобальными газовыми дисками, вращающимися противоположно звёздам, известны в ближайших окрестностях нашей Местной Группы — например, красивая регулярная спиральная галактика NGC 4826, где весь газ дружно меняет направление вращения на расстоянии 1 кпк от центра. Случись с NGC 4826 какая-нибудь встряска, внутренняя или внешняя, и из этого контрвращающегося газового диска тут же образуется внутреннее сильно наклонённое кольцо». (Доктор физико-математических наук О.К. Сильченко «Эволюция центральных областей галактик»).

    5. Вращение ветвей и бара спиральных галактик являются «симулированными», то есть не отражает истинное движение звезд. Но в целом обращение звезд в центральных областях галактик является именно «твердотельным». Что же это такое?

    «Ядро галактики вращается как твердое тело. В самом деле, линейная скорость вращения  v, угловая скорость w и расстояние R до центра вращения связаны равенством v = w R.

    Поэтому только при вращении, подобном вращению твердого тела при постоянстве угловой скорости w, у всех точек линейная скорость вращения пропорциональна расстоянию от центра». («Звезды, галактики, Метагалактика». – 3-е изд., перераб. и доп. – М,: «Наука», Главная редакция физико-математической литературы, 1981, стр. 164. глава III «Галактики», раздел «Вращение галактик»).

Мартынов Д. Я. «Курс общей астрофизики». (М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1988)

    А при чем, собственно говоря, новая сущность? Отвечаю: такого рода обращение отнюдь не является присущим телам, СВОБОДНО движущимся в гравитационном поле. А тот факт, что законы Кеплера там тоже действуют, подтверждает обращение звезд вокруг центральных черных дыр в тех же галактических ядрах.

  

    «Присутствие центральной массивной черной дыры или плотного звездного ядра должно давать Кеплеровскую кривую вращения вблизи центра [галактики]». («Физика галактических дисков», стр. 470. Глава 9 «Модель Галактики (Milky Way)». 9.4. «Мини-спираль в центре Галактики – результат неустойчивости сверхотражения». 1.4.4. «Что мы знаем о мини-спирали?»).

    «Присутствие СЧД [сверхмассивной черной дыры] в нашей Галактике можно считать доказанным, учитывая прямые наблюдения за движением звезд в самом центре по кеплеровским орбитам». («Физика галактических дисков», стр. 54. Глава 1 «Наблюдаемые свойства дисковых галактик». 1.5. «Активные галактики»).

    Первые три пункта (да и значительная часть четвертого), важные для определения новой сущности касаются динамики спиральных галактик, что не случайно. В наблюдаемой части Метагалактики в настоящее время именно эти галактики являются очагами самого активного звездообразования.

    Гигантский «космический инкубатор»

    «…Вещество постоянно догоняет спиральные ветви с внутренней стороны и проходит через них. Однако у звезд и газа это прохождение через спиральные ветви происходит по-разному. Звезды, как и газ, уплотняются в спиральной волне, т.е. их концентрация (число в единице объема) увеличивается на 10 – 20%. Соответственно возрастает и гравитационный потенциал. Но поскольку между звездами столкновений не происходит, они сохраняют момент, чуть изменяют свой путь в пределах спирального рукава и выходят из него практически в том же направлении, в каком они вошли. Иначе обстоит дело с газом. Из-за столкновений, входя в рукава, он теряет момент количества движения, тормозится и начинает скапливаться с внутренней границы рукава. Набегающие новые порции газа приводят к образованию у этой границы ударной волны с большим перепадом плотности. В результате у спиральных ветвей образуются кромки уплотнения газа и возникает тепловая неустойчивость. Газ быстро становится непрозрачным, остывает и переходит в плотную фазу, образуя газо-пылевые комплексы, чрезвычайно благоприятные для звездообразования. Таким образом, спиральная структура Галактики тесно связана с важным процессом рождения звезд...

    Почему же самые молодые звезды появляются только в спиральных рукавах галактик? Эти галактики обладают спиральными рукавами благодаря волновой структуре (волне плотности), существующей вокруг их центров. Волновая структура состоит из чередующихся областей с высокой (рукава) и низкой плотностью (области между рукавами). Этот вращающийся спиральный узор, в котором плотность в рукавах лишь немного выше, чем в пространстве между ними, напоминает рябь на поверхности воды, правда, место воды занимают звезды и диффузный межзвездный газ. Другое отличие заключается в том, что волны на воде разбегаются во все стороны от источника возмущения, а волны плотности в галактике совершают много оборотов вокруг центра Галактики.
    Хотя плотность вещества в спиральных рукавах лишь незначительно превышает плотность между рукавами, этот небольшой избыток оказывает существенное влияние на облака газа в плоскости галактики. Увеличение плотности в рукавах означает, что возрастает среднее давление на облака газа, находящиеся в межзвездном пространстве. Когда газовое облако входит в более плотную часть спирального рукава, вследствие внезапного повышения давления облако делится на более мелкие сгустки вещества, которые могут конденсироваться в звезды. В результате этого процесса внутри спиральных рукавов рождаются звезды, так что рукава представляют собой как бы гигантский космический инкубатор, в котором молодые звезды располагаются вблизи передней границы рукавов…» («Динамика спиральных рукавов»).

    Что касается проявлений того, что принято называть пресловутой темной материей, то, убежденный академиком Рашидом Сюняевым, я не возражаю против объяснения действием скрытой массы, скажем, гравитационного линзирования. Но это не значит, что в этой  области нет возможности для поиска новой сущности.

    [Последние изменения внесены 16 ноября 2016 года] 

    «Новая сущность». Часть 6. «Загадка древнейшей спиральной галактики». http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/11/6.html