ruen

Форма галактики

Орбитальная скорость звёзд в галактике зависит от удалённости орбиты звезды от оси вращения галактики таким образом, что вся галактика вращается вокруг оси как единое целое. Относительные скорости звёзд близки к нулевым. Звёзды имеют одинаковую угловую скорость вращения и, соответственно, одинаковый период обращения.

Сказанное относится как к одиночным звёздам, так и к компактным гравитационным объектам: двойным звёздам, звёздным скоплениям и пр.

Это, очевидно, не кеплеровское распределение скоростей по орбитам. При кеплеровских скоростях звёзды, находящиеся на низких орбитах, должны обгонять звёзды более высоких орбит, так как кеплеровский период обращения по низкой орбите меньше, чем по высокой: он пропорционален квадратному корню из куба диаметра орбиты, то есть возрастает с ростом удалённости орбиты.

Объяснение в концепции тёмной материи

Предположение об ошибочности данных

Общепринятое признание некеплеровского распределения скоростей звёзд представлено двумя версиями:

  • "линейная": имеет хождение график измеренной линейной (выраженной в км/с) скорости звёзд в спиральной галактике, на котором показано, что скорости звёзд в ядре растут по мере удаления от центра, а в спирали скорость звёзд одинакова и не зависит от удалённости орбиты. Постулируется, что такое распределение скоростей обеспечивается наличием галактического гало тёмной материи;
  • "центробежная": утверждается, что орбитальные скорости звёзд в галактике слишком велики для сохранения их орбит, при таких скоростях звёзды должны покинуть галактику. Утверждается, что дополнительная гравитация, удерживающая звёзды на орбитах, обеспечивается массой тёмной материи.

Изложенное в начале статьи описание движения звёзд не соответствует ни той, ни другой версии:

  • в обеих версиях подразумевается кеплеровская система: вращение звёзд рассматривается вокруг центра масс галактики, а не вокруг её оси;
  • в "линейной" версии постоянна линейная, а не угловая орбитальная скорость, звёзды на низких орбитах в спирали обгоняют звёзды высоких орбит (хоть и несколько медленнее, чем при кеплеровских скоростях), галактика вращается не как единое целое;
  • в "центробежной" версии вообще не рассматривается взаимное поведение звёзд, просто декларируется их аномально высокая скорость.

Обе версии вызывают сомнение в достоверности:

  • Если бы звёзды вращались вокруг центра (а не оси) галактики, они двигались бы по пересекающимся орбитам. Такая галактика не могла бы существовать, её деформировало бы катастрофическими взрывами при многочисленных столкновениях звёзд.
  • При равенстве линейных скоростей звёзд привлечение гало тёмной материи для объяснения их динамики бессмысленно: как и при кеплеровском распределении, звёзды на внутренних орбитах обгоняют звёзды внешних орбит.
  • При кеплеровском или линейном распределении скоростей галактики выглядели бы совершенно иначе: ни звёзды, ни межзвёздные пыль и газ не образовывали бы устойчивых локальных структур, какие мы наблюдаем сейчас. Примером кеплеровского распределения скоростей служат кольца Сатурна: набор тонких колец различной ширины, весьма однородных вдоль окружности. Так же выглядел бы и диск галактики.
  • "Центробежная" версия неполна: декларация избыточности скоростей звёзд должна сопровождаться указанием "второй галактической скорости" и внешней гравитационной системы, необходимой для выхода звезды, достигшей этой скорости. Без этих данных можно рассуждать лишь о масштабировании галактики по мере роста скоростей звёзд.

Возможно, в первоисточниках версии исключают эти сомнения, но многократное цитирование исказило первоначальное содержание. Например "центробежная" версия может оказаться всего лишь неквалифицированной интерпретацией "линейной".

Фиктивное объяснение формы галактики

Объяснение указанным астрономическим наблюдениям в концепции тёмной материи состоит в том, что видимые объекты - звёзды и туманности - представляют не всю галактику, а только центральную часть некоторого намного большего по размеру невидимого массивного объекта сфероидной формы - т.н. гало галактики, состоящего из тёмной материи.

Идея сопровождается многими аперцепциями, например:

  • почему тёмная материя диктует именно такое поведение звёзд, а не какое-то другое;
  • если динамические свойства тёмной материи сильно отличны от свойств обычной, то каким образом гало и видимая часть галактики способны образовать общую структуру; если же эти свойства близки - то почему тёмная материя столь отлична от обычной по другим свойствам;
  • почему видимая часть галактики сосредоточена в центре, а не распределена по всему гало;
  • как сфероид тёмной материи определяет спиральную структуру обычной материи; как спиральная структура представлена в гало;
  • как тёмная материя определяет движение звёзд, находящихся в ядре и вне диска галактики;
  • как взаимодействуют гало близких галактик: галактики должны обмениваться своими гало, и это как-то должно отражаться на их видимых частях;
  • каков исторический аспект такой структуры: как образовалась, как изменяется, какова дальнейшая судьба;
  • как проявляет себя тёмная материя в галактиках, имеющих форму, отличную от спиральной.

Объяснение без привлечения концепции тёмной материи

Для объяснения наблюдаемого некеплеровского поведения звёзд как в дисковой части спиральной галактики, так и вообще любых звёзд в любой галактике, должно хватать обычной физики, привлечение лишних сущностей не требуется.

Законы Кеплера применимы в гравитационных системах, в которых в центральном теле сосредоточена основная тяготеющая масса, по сравнению с которой массой спутников можно пренебречь. В галактике же, напротив, центральное тело (черная дыра) имеет массу, пренебрежимо малую по сравнению с массой галактики. Тяготеющая масса распределена по объему галактики.

Что было бы, если бы звёзды в галактике двигались по кеплеровским орбитам? Обычна была бы ситуация, когда звезда, находящаяся на более низкой орбите, обгоняет звезду, находящуюся на более высокой. При этом обгоняющая звезда за счёт гравитационного взаимодействия получает дополнительный ускоряющий импульс, направленный несколько в сторону от центра галактики. Обгоняемая же звезда получает замедляющий импульс, несколько отклонённый к центру.

Так происходит вытеснение быстрых звёзд от центра галактики в направлении периферии. Процесс вытеснения прекращается (точнее, стабилизируется около нулевого) только когда все звёзды начинают двигаться как единая внутренне неподвижная структура. Больше никакая звезда не обгоняют никакую другую, окружение звёзд остаётся одним и тем же в течение всей жизни звезды в галактике, относительные скорости звёзд сохраняются практически нулевыми.

Более строго: вытеснение имеет место вообще для любой тяготеющей материи, так что к моменту рождения звезды стабилизация уже произошла, звезда рождается в неподвижном окружении и никого не обгоняет.

Для такой системы становится характерен упругий колебательный процесс с периодом, находящимся в целочисленном отношении с периодом вращения галактики. Мы наблюдаем его в виде рукавов спиральной галактики.

Звёзды ядра, а также звёзды вне плоскости спирали, также движутся по некеплеровским орбитам. Вообще, форма орбиты обычной звезды что в спирали, что в ядре, что вне этих структур в галактике - это строгая окружность с центром, лежащим на оси вращения галактики, в общем случае смещённым по этой оси ниже или выше экваториальной плоскости. Вращение звезды по этой орбите синхронно с галактикой, то есть все звёзды находятся на фиксированных позициях во вращающемся теле галактики, их окружение неизменно с течением времени, относительные скорости равны нулю.

Звёзды неподвижны относительно своего окружения, потому что находятся в почти равновесном состоянии, обеспечиваемом сложением сил тяготения, направленных во все стороны - к внутренним и внешним звёздам галактики. Убывание плотности звёзд по мере удаления от центра галактики происходит настолько постепенно, что гравитационный дисбаланс минимален, и требуются относительно небольшие силы, чтобы компенсировать его для удержания звезды от притягивания к соседней и от падения к центру галактики.

Звезда не притягивается к соседней звезде потому, что между звёздами действует отталкивающая сила, противодействующая гравитации. Звезда вместе со своим солнечным (звёздным) ветром представляет собой гигантский магнит, поле которого переменно в силу нестационарности процессов в магнитосфере и короне звезды. Переменное магнитное поле индуцирует токи в потоках звёздного ветра соседней звезды, в свою очередь порождающие отталкивающее магнитное поле, не дающее своей хозяйке сблизиться с соседкой.

Кстати, известная крупномасштабная астрономическая аномалия - односторонняя ориентированность большинства наблюдаемых галактик - объясняется тем же магнитным взаимодействием: галактики - гигантские взаимодействующие магниты, ориентирующиеся друг относительно друга. Мы живём внутри межгалактического магнитного домена.

Звезда удерживается от падения к центру галактики давлением света галактики. Вместе со своим дисперсным гравитационным окружением - пылью, газом, метеоритными объектами, планетами наконец, - звезда является достаточно эффективным для этого световым парусом.

Вся совокупность действующих на звезду сил - гравитационного притяжения, центробежной, электромагнитного отталкивания, механического давления света - удерживает её на фиксированной позиции в теле галактики. Так и в спиральной галактике, имеющей высокий собственный момент вращения, и в эллиптической, имеющей малый момент.

Чем больше собственный момент вращения галактики, тем более выражена центробежная составляющая, тем более плоскую форму имеет галактика, тем богаче гармониками её спиральная структура.

Пыль и газ туманностей оттесняются светом звёзд в пространство между ветвями спирали.

версия 1 от 03.04.2014 07:18 msk (актуальная)
 © 2014 inftoe@outlook.com