Новая сущность. Часть 16. Принципы ее действия и истинное название

Часть 15. http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/11/15.html

    Федор Дергачев

    «Новая сущность» и скрытая масса

    Закономерен вопрос о «скрытой массе». Считаю, что в первую очередь здесь нужно учитывать лишь проявления «эффекта гравитационной линзы» и расчеты массы сверхскоплений галактик.

    «Однако в мире есть и несветящееся, невидимое вещество, называемое… скрытой массой. Самый первый довод в пользу [её] существования, основанный на изучении движения галактик, входящих в состав скоплений, привел американский астроном Фриц Цвикки еще в 30-е годы: эти галактики имеют скорости хаотического движения (относительно центра скопления), превосходящие 1000 км/с. Суммарная масса всех галактик какого-либо большого скопления составляет около 10¹³ масс Солнца. Этой массы недостаточно, чтобы удержать галактики от разлета, и если бы в скоплениях не было невидимого вещества, эти системы распались бы всего за несколько миллиардов лет (тогда как на самом деле их возраст составляет, по последним оценкам, около 13 млрд. лет). Полная масса скоплений галактик должна составлять по меньшей мере 10¹⁴ масс Солнца, из них не более 10% может приходиться на обычное вещество.

    Другой важный довод в пользу существования невидимого вещества, проявляющего себя только посредством гравитации, основан на предсказании общей теории относительности, согласно которому изменение геометрии пространства-времени вблизи массивных тел приводят к искривлению световых лучей (эффект гравитационной линзы). Поэтому если какой-либо светящийся объект расположен за массивным скоплением галактик, его изображение должно быть искажено. Это и наблюдается на самом деле (рис. 4.6.1). Изучая эти искажения, можно непосредственным образом измерить массу скопления галактик. Оказывается, массивные скопления должны иметь массы 10¹⁴ масс Солнца, в согласии с приведенным ранее результатом. Отметим, что и другие методы оценки масс скоплений подтверждают этот вывод.

Рис. 4.6.1. Скопление галактик A2218. Дуги - искаженные изображения галактик, лежащих за скоплением. Фотография получена Космическим телескопом им. Хаббла. Ссылка на источник - http://www.astro.umd.edu/~miller/Gallery/galaxies/A2218.jpg

    Изучение динамики скоплений галактик приводит к выводу, что средняя плотность вещества во Вселенной должна составлять примерно 20-30% критической плотности. Из чего может состоять недостающая материя? Возможный вариант — труднонаблюдаемый межгалактический газ. Действительно, оценки последних лет говорят о том, что полная плотность обычного (барионного) вещества примерно в десять раз превосходит массу видимого вещества, собранного в звезды… Однако и этого недостаточно для объяснения всей скрытой массы». http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/11/3.html

    «Пекулярные скорости галактик вызываются притяжением расположенных рядом крупных систем галактик. Так, пекулярная скорость нашей Галактики вызвана совокупным притяжением ближайшего к нам крупного скопления галактик, скопления Девы, и огромного сгущения галактик, названного Великий Аттрактор, от английского слова "attract" — притягивать (рис. 6.2.1). Оно находится на пересечении нескольких сверхскоплений галактик. Средняя плотность вещества в районе Великого Аттрактора ненамного больше средней плотности Вселенной, но за счет его гигантских размеров его масса оказывается настолько велика, что не только наша звездная система, но и другие галактики и их скопления поблизости (в том числе скопление Девы, ряд близких сверхскоплений) имеют пекулярные скорости, направленные на него, формируя огромный поток галактик.

Рис. 6.2.1. Иерархия движений, в которых принимает участие наша планета: вращение Земли вокруг Солнца; вращение вместе с Солнцем вокруг центра нашей Галактики; движение относительно центра Местной группы галактик вместе со всей Галактикой под действием гравитационного притяжения туманности Андромеды (галактики М31); движение к скоплению галактик в созвездии Девы и движение к Великому Аттрактору. Суперпозиция последних двух скоростей и дает скорость движения Млечного Пути относительно космической системы отсчета, измеряемую по величине дипольной анизотропии реликтового излучения 

    Поскольку галактики, входящие в состав Великого Аттрактора, скрыты межзвездной пылью, входящей в состав Млечного Пути, картографирование Аттрактора удалось выполнить только в последние годы с помощью радиотелескопов. Возможно, помимо Великого Аттрактора, свой вклад в наличие пекулярной скорости вносит притяжение и других систем галактик». (Д.Ю. Климушкин «Космология». 6.2. Пекулярные скорости галактик).

    Любопытно, что в ходе лекции 2 июня 2012 года в ФИАН, полностью посвященной этой теме, астрофизик, академик РАН Рашид Сюняев НИ РАЗУ не упомянул «темную материю» (это можно проверить – во время лекции велась видеозапись), а при необходимости произносил только «темное вещество».

    А вот внутри галактик ситуация со скрытой массой иная.

    Считаю, что при рассмотрении кривых вращения спиральных галактик в первую очередь действует новая сущность, и лишь потом – скрытая масса. Не исключаю, правда, что в других типах галактик это соотношение действительно с точностью «до наоборот».   

    Также необходимо привести очень интересное исследование А.М. Черепащука о  сверхмассивных черных дырах.

    Демография черных дыр

    В самых недрах галактик

    (Анатолий Михайлович Черепащук, академик, директор ГАИШ, заведующий астрономическим отделением физфака МГУ, вице-президент Европейского астрономического общества, член Английского Королевского астрономического общества).

    «К настоящему времени под подозрением свыше 300 сверхмассивных черных дыр в ядрах как активных, так и «спокойных» галактик. Их массы лежат в интервале 10⁶ - 10⁹ М_¤  [здесь и далее М_¤ - масса Солнца - Ф.Д.] Эти массы измерены по движению звезд, газовых облаков или газовых дисков вокруг черных дыр с использованием закона тяготения Ньютона. Движение газовых облаков или дисков можно регистрировать непосредственно, используя высокое угловое разрешение космического телескопа «Хаббл» (рис.8) или 8-10-метровых наземных оптических телескопов нового поколения. Движение газа можно изучать и опосредованно, наблюдая переменность профилей линий излучения в спектрах ядер активных галактик и измеряя время запаздывания переменности линий относительно переменности непрерывного спектра, что позволяет оценить расстояния газовых облаков от центральной черной дыры. Впервые этот эффект запаздывания был обнаружен В.М.Лютым и А.М.Черепащуком в 1972 г.

    Для ряда сверхмассивных черных дыр получены наблюдательные ограничения на их размер и показано, что он не превышает нескольких гравитационных радиусов.

Рис. 8. Газово-пылевые дискообразные оболочки вокруг ядер ряда галактик, открытые космическим телескопом «Хаббл». По вращению этих дискообразных оболочек определяют массы центральных сверхмассивных черных дыр

    Особенно интересные и надежные данные получены при исследовании сверхмассивной черной дыры в центре нашей Галактики. Группами немецких и американских ученых по наблюдениям в инфракрасном диапазоне с применением методов компенсации атмосферных искажений построена видимая орбита звезды S2, обращающейся вокруг центральной сверхмассивной черной дыры. Период орбитального обращения этой звезды равен 15.2 года (рис.9). Исходя из размера орбиты и периода обращения надежно оценивается масса черной дыры в центре Галактики - около 4·10⁶ М_¤. 

Рис. 9. Ближайшие окрестности радиоисточника Sgr A* (сверхмассивная черная дыра массой 4·10⁶ М_¤) в созвездии Стрельца в направлении центра нашей Галактики (слева). Вокруг центра Галактики обращается звезда S2 с периодом 15.2 года. Справа показаны наблюдения 1992-2002 гг., демонстрирующие движение звезды S2 по эллиптической орбите вокруг сверхмассивной черной дыры в центре Галактики

    Радиоинтерферометрические наблюдения со сверхдлинной базой на волне 3.5 мм, выполненные китайскими учеными в 2005 г., показали, что радиус излучающей области вокруг черной дыры в центре Галактики составляет 1 астрономическую единицу, то есть всего около 13 гравитационных радиусов (r_g = 17 R_¤ для M = 4·10⁶ M_¤). Размер этого компактного радиоисточника увеличивается с длиной волны вследствие рассеяния радиоизлучения. Поэтому дальнейшие наблюдения на более коротких волнах, вероятно, позволят увидеть ближайшие окрестности горизонта событий черной дыры в центре Галактики. Это даст возможность непосредственно наблюдать эффекты сильного гравитационного искривления электромагнитных лучей в поле тяжести черной дыры, приводящие к появлению «тени» в распределении радиояркости вблизи горизонта событий, что прямо доказало бы: компактный объект в центре нашей Галактики - черная дыра в смысле ОТО. 

    Оценки плотности вещества в измеренной области вокруг центральной черной дыры дают величину 6.5·10²¹ М_¤/пк³ - на 16 порядков выше плотности звезд в наиболее плотных звездных скоплениях. Если бы компактный объект в центре Галактики был не черной дырой, а скоплением отдельных темных тел (старых белых карликов, нейтронных звезд, черных дыр звездной массы), то при столь чудовищной плотности это скопление из-за коллективных взаимодействий рассеялось бы менее чем за 100 лет. Поэтому массивный (М = 4·10⁶ М_¤) и компактный (r < 12.6 r_g) объект в центре Галактики должен быть единым телом, скорее всего, черной дырой.

    По данным о более чем 300 сверхмассивных черных дырах уже можно сделать некоторые выводы об их демографии. Вот важнейшие из них.

    Выявлена зависимость между массой центральной сверхмассивной черной дыры и массой балджа галактики (рис.11). Балдж - это сферическое сгущение маломассивных (М < 1 М_¤) звезд вокруг ядра галактики. Возраст звезд балджа порядка возраста Вселенной (~10¹⁰ лет). Оказалось, что масса центральной черной дыры возрастает с массой балджа галактики линейно, при этом масса черной дыры составляет около 0.1% от массы галактического балджа. Наличие подобной корреляции ставит серьезные ограничения на механизмы образования сверхмассивных черных дыр. В частности, представляется вполне вероятной модель роста сверхмассивной черной дыры в результате слияния менее массивных объектов и аккреции вещества в иерархических моделях формирования галактики, когда галактика образуется путем объединения ряда меньших галактик.

Рис. 11. Абсолютная звездная величина балджа МR галактики, пропорциональная логарифму его массы, как функция логарифма массы сверхмассивной черной дыры М в ее центре. Обозначения:  - нормальные галактики, n - сейфертовские галактики I типа, ¡ - квазары

    Со светимостью галактического диска, которая обусловлена в основном молодыми звездами, родившимися менее миллиарда лет назад, масса центральной черной дыры не коррелирует. Для ядер активных галактик найдена зависимость между массой центральной черной дыры и светимостью ядра галактики в оптическом диапазоне. В то же время для ядер «спокойных» галактик (которые составляют 99% от общего числа галактик) подобная корреляция не наблюдается.

    Выявлена корреляция между максимальной скоростью вращения галактики (характеризующей ее полную массу) и массой центральной черной дыры. Отсюда следует, что масса черной дыры возрастает с массой гало галактики, состоящего из темной материи. Значит ли это, что за формирование центральной черной дыры ответственна загадочная темная материя?  [Ф.Д.: Более подробно об этих зависимостях можно прочитать здесь -  «Астрономия: век XXI/ Ред.-сост. В.Г. Сурдин. – Фрязино: «Век 2», 2008». Раздел 2. «Звезд: рождение, жизнь, смерть». «Черные дыры во Вселенной» (А.М. Черепащук). «Демография черных дыр», стр. 260-263. Надеюсь позже рассмотреть изложенные в данной главе тезисы...]

    В последние годы открыто свыше десятка квазаров (аккрецирующих сверхмассивных черных дыр в ядрах галактик) с  очень большим красным смещением (z > 6), что соответствует возрасту менее 1 млрд лет. Их массы составляют порядка 10⁸ М_¤, и пока трудно объяснить, как сверхмассивным черным дырам удалось сформироваться за такое сравнительно короткое время. (© Черепащук А.М. «Демография черных дыр». «Природа» № 10, 2006 год). http://vivovoco.rsl.ru/VV/JOURNAL/NATURE/10_06/BLACKHOLE.HTM

    Что касается последнего высказывания, то оно было недавно подкреплено новыми открытиями.

    Обнаружение рекордно сверхмассивных черных дыр

    «Обнаружение объектов с экстремальными параметрами часто интересно само по себе. Но иногда это важно еще и потому, что ставит новые вопросы перед теориями формирования и эволюции таких тел. К такому типу открытий относится обнаружение двух рекордно сверхмассивных черных дыр с массами около 10 миллиардов масс Солнца (1112.1078).

Рисунок 2 (из работы 1112.1078). Корреляция массы черной дыры с дисперсией скоростей звезд галактики (слева) и светимостью сферической составляющей галактики (балджа) в оптическом диапазоне (справа). Видно, что две недавно измеренные массы (самые верхние точки) отклоняются от корреляции в сторону больших масс, особенно на левой панели рисунка

    Эти черные дыры заметно массивнее, чем предсказывает известная корреляция между параметрами галактики и массой центрального компактного объекта». («Как расширялась вселенная в 2011 году». Статья опубликована в газете "Троицкий вариант - Наука" № 95, 17 января 2012 года).

    И я сразу привел комментарий:

   «Недавно обнаруженные в центре далёких галактик чёрные дыры весят в 10 млрд раз больше нашего Солнца. Существовавшие теории формирования чёрных дыр исключали возможность приобретения ими такого веса за всю историю Вселенной». («Тайная история Вселенной». 6 января 2012 года). 

    Зависимость массы центральной черной дыры от дисперсии скоростей в балдже галактики

    «На рис. 3 показана известная зависимость между массами черных дыр и дисперсией скоростей звезд.

Рис. 3. Зависимость массы центральной черной дыры от дисперсии скоростей в балдже галактики или в центральной области скопления. Масса черной дыры отложена по вертикальной оси (масштаб логарифмический, массы выражены в массах Солнца). Дисперсия скоростей звезд — по горизонтальной (тоже в логарифмическом масштабе, в км/с). Большая дисперсия скоростей соответствует большой массе сферической составляющей. (Рис. из обсуждаемой статьи Noyola E. et al., arXiv:0801.2782)

    Дисперсия [разброс – Ф.Д.] определяется из спектральных наблюдений. Для определения масс черных дыр существует несколько способов, дающих достаточно хорошие оценки (неопределенности показаны «усами» у точек). Например, метод реверберационного картирования или интереснейший способ, связанный с детальным изучением свойств диска вокруг черной дыры по данным о линзировании. Но разговор о всех методах определения масс сверхмассивных черных дыр увел бы нас далеко в сторону.

    Кроме галактик на график нанесены также точки для двух шаровых скоплений и для Омеги Центавра. Видно, что точки для черных дыр в скоплениях и в галактиках лежат примерно на одной прямой. То есть «семейный портрет» черных дыр подтверждает их «родство».

    Безусловно, данные, полученные авторами статьи, будут проверяться и уточняться. Дело в том, что анализ скоростей звезд в столь плотном скоплении  дело непростое. Тем не менее результаты выглядят очень надежными». («В звездном скоплении Омега Центавра обнаружена массивная черная дыра». 23.01.2008).

    Год назад, еще не найдя вышеприведенных материалов, я так прокомментировал эту зависимость:

    «Необходимо отметить важный тезис о привязке скорости звезд на периферии галактики к массе сверхмассивной черной дыры в ее ядре. Оказалось, что существует прямая… зависимость – чем больше масса черной дыры в ядре галактики, тем больше скорость звезд на периферии. 

    Причем предполагается остроумный механизм возникновения такой зависимости – период активности черной дыры в ядре вроде бы заканчивается при достижении звездами галактики  определенной (достаточно большой) скорости.

    Все бы хорошо, не будь «второй стороны медали» - а именно, что одно дело – огромные скорости звезд в ближайших окрестностях черной дыры (что вполне согласуется с законами небесной механики), а  совершенно другое – на «периферии» галактики, что противоречит законам Кеплера (см. мою статью «Извне. Часть 2. "Звезда - снаряд"»). Согласен, что темная материя – не менее остроумное… объяснение этой аномалии. Напоминаю, что сейчас аномально быстрое вращение звезд плоской подсистемы спиральной галактики ученые объясняют повышением плотности темной материи от ее ядра к краю.

    Но как тогда связать оба эти явления – ведь получается, что чем больше масса черной дыры в ядре спиральной галактики, тем выше плотность темной материи на ее окраине?  

    Возникает крайне «скользкая» тема взаимодействия черных дыр (любых) с темной материей. Я дал данной теме такой эпитет потому, что в доступной периодике связь между ними вроде бы отрицается. Создается впечатление двух полюсов «темных» (в буквальном смысле) сил. («Тайная история Вселенной»). 

    Сейчас, по-видимому, можно уточнить, что зависимость от массы центральной черной дыры в первую очередь касается балджей спиральных галактик, а не периферии. Но твердотельное вращение таковых все равно ставит на повестку дня вопрос о взаимодействии черных дыр с тем, что принято называть «темной материей». Я же в данной ситуации декларирую существование новой сущности.

    Природа «новой сущности»

    Естественным станет вопрос читателей ко мне, как «виновнику торжества» – что может представлять из себя новая сущность?

    Логично было бы высказать «дежурные» предположения о «новых законах физики», «полях невообразимой природы», «Физическом Вакууме» (имею в виду, например, «эфир № 2» в статье С.И. Плачинды «О Вселенной и Большом Взрыве», раздел «4.4. Геометрия и Физический Вакуум») или вообще о неоткрытых свойствах окружающего мира – вроде того, что официальная наука глубокомысленно изрекает о «темной материи».

    С другой стороны, я мог сослаться на необходимость уточнения наблюдательных данных в будущем (с новых телескопов и спутников), чем немало порадовал бы официальную науку, обожающую «кормить» общественность подобными «завтраками».

    Но самым правильным будет оставить вопрос о природе новой сущности открытым для обсуждения, не отбрасывая никаких вариантов. А причиной такой постановки вопроса является ее ИЗБИРАТЕЛЬНОЕ ДЕЙСТВИЕ.

    Дело в том, что я хочу не «закрыть», а «открыть вопрос», и при этом не собираюсь никому навязывать свою точку зрения. А интуиция подсказывает мне, что, пробравшись по этой, вроде бы ведущей в сторону тропинке, можно будет выйти на магистральное направление. Которое приведет напрямую к пониманию принципов воздействия ИЗВНЕ на нашу Метагалактику, начиная со времени ее возникновения (и неважно, в результате Большого Взрыва или иным путем). И не сомневаюсь, что изучение новой сущности позволит решить, например, «галактический парадокс» гораздо эффективнее, чем модные «сгустки» темной материи, которые хороши только тем, что позволяют оставаться в рамках бритвы Оккама.   

    Можно спросить, почему я сам не предлагаю хотя бы предварительный вариант названия новой сущности? Дело в том, что не хочу ни в малейшей степени стеснять инициативу тех исследователей, которые попытаются найти ее разгадку.

    А перед лицом будущего прав окажется тот исследователь, который первый полностью именует новую сущность ее истинным названием. Подчеркиваю, в первую очередь важно дать название, а уже потом попытаться дать объяснение принципам действия. Когда же оно, наконец, будет дано, все поймут, что именно я имел в виду.

    Понимаю, что такое многозначительное высказывание требует комментария. И я его дам, но… лишь в «Послесловии» к данному Интернет-исследованию.

    «Новая сущность». Часть 17. «Спиральные ветви Галактики. Кольцевая структура». http://artefact-2007.blogspot.ru/2012/11/17.html