Темная материя

Станислав Кравченко

"Уже много лет одной из главных тайн Вселенной является наличие в ней загадочной “темной материи”, которая обнаруживает свое присутствие только благодаря гравитационному влиянию на видимые объекты. Из анализа многих экспериментальных данных следует: Вселенная скрывает от наших глаз почти всю свою массу, оставляя видимой для приборов наблюдателей лишь около одной сотой доли вещества, участвующего в ее движении. ".

Примерно так звучат исходные заклинания на тему "темной" материи. Сами "многие экспериментальные данные" тщательно не публикуются. Это не совершенный секрет, авторы рассчитывают на наивную невнимательность читателей. Легко выясняется, что "экспериментальные" данные - благое пожелание и, в лучшем случае, речь может идти лишь о "темноматериальной" трактовке некоторых наблюдательных данных. Потому стоит обратиться к этим наблюдательным данным. Поскольку вопрос в наибольшей степени относится к динамике галактик, рассмотрим именно их. Что такое галактики? Обратимся к фотографии №1.

Фотография №1.

Галактика Водоворот (NGC 5194, M51) типа Sc в созвездии Гончих Псов

Что видят специалисты-астрономы они написали в своем комментарии, а философ видит в ней приличного размера гравитационную воронку, космологический "пылесос", втягивающий в себя материю из окружающего пространства и ничего более. С самими наблюдательными данными галактических масштабов есть серьезная проблема. Пространственно-временная динамика таких объектов заключается в том, что для получения динамичной модели интервал между отдельными стоп-кадрами должен быть порядка сотни тысячелетий и более. Чтобы проследить развитие отдельной средне-стандартной галактики, ее первые снимки должны были быть сделаны еще динозаврами, но предъявлять к ним по этому поводу какие-либо претензии поздновато. Человеческая цивилизация еще как-то может справиться с наблюдением динамики образований, типа темного пятна Юпитера, а для галактик она еще слишком молода и зелена. Все имеющееся фотографическое множество является фактически фрагментами одного единственного кадра "галактической толпы", по которому и требуется описать жизнь средне-статистической галактики от рождения до заката. Другими словами, по отношению к галактикам единственное, что наблюдательно доступно - это текущая статика. О галактической динамике составлять утверждения можно только в сослагательном наклонении, опираясь на наблюдательную статику и известные физические взаимодействия, доминирующие в галактических масштабах.

Конечно, в такой грандиозной системе, как галактика, проявляются все известные взаимодействия, но доминирующим, формо-определяющим является, безусловно, гравитация. Известность доминирующего взаимодействия позволяет делать в некоторой степени обоснованные прогнозы-утверждения в отношении галактик и без наблюдательной динамики. К нему следовало бы добавить только галактическое магнитное поле.

Да простят нас истинные физики, но для гравитационного взаимодействия галактических масштабов в первом приближении мы не будем выходить за пределы Ньютоновской теории тяготения и будем считать его знакоположительным, пропорциональным произведению взаимодействующих масс и обратно пропорциональным квадрату расстояния между ними.

С такой позиции рождение галактики может быть гравитационной конденсацией изначально как-то равномерно-произвольно распределенной в пространстве материальной области. Поскольку основная масса материи Вселенной представлена положительно заряженными массивными протонами и отрицательно заряженными, но на три порядка более легкими электронами, то любая их гравитационная конденсация внесет элемент направленной упорядоченности в изначально хаотическое движение этих частиц, что есть проявление электрических токов, соответственно, возникновение магнитного поля. Гравитационная дифференциация в сочетании с законами инерциального движения и вмороженным в материю магнитным полем предопределяют облик свежеиспеченных галактик. Это должны быть компактные образования с достаточно слабо выраженной структурой и элементами вихревой конденсации. Большинство молодых галактик таковыми и являются.

Фотография №2

Галактика Местной группы, NGC 6822
Пояснения: Галактика NGC 6822 лежит достаточно близко, чтобы можно было разрешить ее на отдельные звезды, однако ее удаление (около 1,8 млн. световых лет) позволяет увидеть только самые яркие из них даже с помощью телескопа такой мощности, как ААТ. Она, кажется, не имеет симметричного строения и классифицируется как неправильная галактика. На одном конце сияющего "стержня" видны несколько облаков светящегося газа, а на другом - яркие голубоватые звезды, которые отошли и как бы пытаются образовать структуру с первыми признаками спирального рукава. NGC 6822 - одна из ближайших к нам галактик; она входит в небольшое скопление, называемое Местной группой, к которому принадлежит и наш Млечный Путь.
 

Дальнейшая судьба юной галактики предопределяется двумя параметрами - наличием соседей и наличием материи в окружающем пространстве. Большинство галактик сконцентрировано в скоплениях, в которых расстояния между галактиками оказываются относительно невелики по сравнению с их размерами. Поэтому столкновения между галактиками - далеко не редкость и результат столкновения сильно зависит от соотношения масс сталкивающихся систем. На этом вопросе остановимся позже, а вот тема межгалактической материи заслуживает особого внимания.

1. Наблюдаемая часть Вселенной имеет ненулевую среднюю плотность вещества, по разным оценкам около 10^-29 – 10^-30 г/см³ или ρ_r≈10^-38 -10^-39 кг/м³, и традиционный подход требует обязательного образования на ее месте «реальной черной макси-дыры» конечных размеров:

R_r=2gM_r/c²

Принимая округленно M_r= ρ_r*4/3π R_r³  ≈4ρ_r R_r³ получим:

R_r=2gM_r/c²≈8gρ_rR_r³/c²

Откуда

c²=8gρ_rR_r²

или

c²/8gρ_r=R_r²

R_r=c/(8gρ_r)^0,5

Учитывая, что: g≈6,7*10^-11Hm²/kg² получим

R_r=3*10⁸/(8*6,7*10^-11*10^-39)^0,5 ≈4*10³²(м)

Учитывая, что световой год приблизительно равен 0,9*10¹⁶ м, получим R_r~10¹⁶ световых лет - что-то, достаточно близкое к хорошо знакомому. Смущает одно – расчетный радиус черной макси-дыры  «Вселенской» плотности примерно того же порядка, что и наблюдаемая часть Вселенной, однако в этой наблюдаемой части, нет даже намека на коллапс или сингулярное состояние материи в ней, скорее наоборот. Что отменяет решение Шварцшильда? Ответ на вопрос дал еще А. Эйнштейн введением космологического члена и развил Э.Б. Глинер (http://www.ufn.ru/ufn02/ufn02_2/Russian/r022e.pdf) в понятии вакуумоподобной среды. Понятие оказалось не "модной" новинкой, а краеугольным камнем современной космологии, без которого объяснить наблюдаемые особенности Вселенной невозможно.

Вселенная оказывается в целом гравитационно нейтральной, в ней положительный гравитационный заряд материи скомпенсирован отрицательным антигравитационным зарядом "пустого пространства", что блестяще соответствует идее  Я.Б. Зельдович: "ВОЗМОЖНО ЛИ ОБРАЗОВАНИЕ ВСЕЛЕННОЙ ИЗ НИЧЕГО". Вселенная необходимо образует ячеистую структуру, в которой гигантские области вакуума ограничены "материальными пленками". Естественно, большевзрывной идее в реальной Вселенной места не остается.

2. Космологический материально-энергетический баланс для стационарной Вселенной представляет несомненный интерес и до открытия явления красного смещения он был серьезно затруднен. Постоянное однонаправленное превращение вещества в энергию, в чем можно воочию убедиться, греясь под лучами нашей, весьма рядовой галактической звезды с красивым названием Солнце, не оставлял от этой идеи стационарности камня на камне, неизбежно ведя к "тепловой смерти" Вселенной. Красное смещение, не доплеровский характер которого доказан (см. Закон Хаббла), восстанавливает равновесие. Взаимодействие фотонов с вакуумоподобной средой, ведущее к передаче ей части энергии фотона и его соответствующему "покраснению", дает "вакуумным пузырям" необходимую энергию для рождения, в соответствии со свойствами вакуумоподобной среды, вполне материальных пар элементарных частиц, следствием чего является тот самый давно изучаемый "ветер" космических частиц, направленный из центра "пустоты" к материальным "стенкам" из скоплений галактик. Хотелось бы сразу обратить внимание, что по самому принципу своего образования эта материя всегда "молодая" и ионизированная. Однако ее количество осуществляет лишь макрокомпенсацию расхода материи на излучение и относительно не велико. Основу материального круговорота составляют имеющиеся "старые" материальные ресурсы.

3. Хотелось бы сразу обратить внимание на фундаментальное отличие основного, плазменного состояния материи Вселенной от повседневно наблюдаемого нами на Земле электрически нейтрального. Любое упорядоченное движение плазмы, независимо от причин его вызвавших, есть не только перемещение масс вещества, но и упорядоченное движение электрических зарядов, то есть электрические токи с соответствующим возникновением вокруг них магнитных полей. Хотелось бы также напомнить тривиальную истину, что два сонаправленных тока взаимно притягиваются, а два противонаправленные - отталкиваются. Хотелось бы также напомнить, что электромагнитное взаимодействие на много порядков сильнее гравитационного. Без этого понять материальную динамику галактик крайне сложно.

Итак, рассмотрим сценарий, когда на протогаллактику поступает весьма стандартная межгалактическая материя в форме газа с некоторой степенью ионизации. Особой роли начальная степень ионизации не играет, падающий газ в любом случае будет разогреваться и ионизироваться кинетически. В соответствии с законами электродинамики направленное движение ионизированной материи создаст пространственные токи, что неизбежно приведет к возникновению связанного с ними магнитного поля. Энергия гравитационногго взаимодействия ионизированных газовых масс будет "перекачиваться" в энергию магнитного поля. Это магнитное поле будет выполнять несколько функций: оно будет сжимать сонаправленные газо-плазменные массы в жгут, оно будет раздвигать, отталкивать противонаправленные газо-плазменные массы. Учитывая соотношение сил взаимодействия гравитации и электромагнетизма, нетрудно сделать вывод, что магнитная конденсация будет существенно эффективней гравитационной. В результате и должны быть сформированы два противонаправленных жгута материи, в которых за счет магнитной конденсации создаются условия активного звездообразования не только в тяготеющем центре, но и далеко на периферии. Гравитационно-электромагнитное взаимодействие жгутов приводит к созданию результирующего гравитационного и магнитного поля галактики. Чем богаче галактика газом, тем отчетливей проявление магнитодинамических эффектов.

Фотография №3

Спиральная галактика типа Sb, NGC 4622
Пояснения: Спиральная галактика типа Sb в созвездии Центавра, NGC 4622. Входит в скопление галактик Центавра. У этой галактики удивительно ровные и тонкие спиральные рукава с миллионами ярких молодых звезд. Она удалена от нас на расстояние 200 млн. световых лет.

Обратное истечение материи от галактического ядра даст зеркальное отображение. Соответственно должны различаться правое и левое закручивание спиралей. Сами, образующиеся в рукавах звезды, являются вращающимися плазменными шарами, грубо говоря токовыми соленоидами, в силу этого обладающими собственными магнитными полями, поэтому было бы странно, если бы их образование (ориентация) и внутригалактическое движение целиком и полностью предопределялось только гравитационным полем и не зависело от магнитного поля галактики. С другой стороны относительно размеров галактики сами звезды являются точечными объектами с точечными магнитными полями. не способными, в отличие от галактического ионизированного газа, поддерживать ощутимое галактическое магнитное поле.

Исчерпание в основном внешнего газового материального источника приводит к быстрому расходу внутренних газовых резервов на звездообразование, то есть к исчезновению основного источника галактического магнитного поля. В результате магнитодинамическая структура материи галактики распадается и галактика из спиральной постепенно превращается в эллиптическую.

Фотография №4

М104, Галактика "Сомбреро", NGC 4594
Пояснения: Галактика "Сомбреро", NGC 4594. Галактика NGC 4594 (М 101), удаленная от нас на расстояние более 24 млн. световых лет, появляется на небе в созвездии Девы. Центральное сфероидное звездное облако, имеющее оранжевый цвет, характерный для старого населения, окружено сияющим облаком пыли поперчником почти в 50000 световых лет. Кроме того, удается разрешить некоторые шаровые скопления, попавшие в этот стоп-кадр, совершающие свой путь по орбите через гало галактики, занимающий много миллионов лет.
 

Наличие эллиптических галактик является наилучшим аргументом против таких объяснений галактических структур, как теория волн плотности.

Все это является необходимым предисловием для рассмотрения основной темы - темной материи. Вот как оценивает темноматериальный вопрос доктор физико-математических наук, профессор, зав. кафедрой астрофизики и звездной астрономии физического факультета МГУ Анатолий Михайлович Черепащук (http://www.pereplet.ru/cgi/soros/readdb.cgi?f=ST460):

До последнего времени было очевидно, что о 9/10 материи во Вселенной мы ничего не знаем, поскольку она, кроме гравитационного взаимодействия, никак не проявляет себя. Всевозрастающее число наблюдательных данных свидетельствовало о том, что какая-то загадочная темная материя, от которой мы не регистрируем никаких излучений, заполняет Вселенную и определяет движение тел.

Сказано сильно. Это не философское - я знаю, что ничего не знаю, это не внеочередной интернет-гений, это говорит авторитетный астрофизик и говорит с авторитетной ссылкой на наблюдательные данные. Что же он имеет ввиду:

Связаны они с изучением вращения нашей и других галактик, а также с исследованием скоростей галактик в скоплениях... В подавляющем большинстве случаев, в том числе и для нашей галактики,  закон вращения (1) не соблюдается, причем всегда скорость вращения наблюдаемых звезд и газа в галактиках убывает гораздо медленнее с расстоянием, чем по закону 1/√r, а во многих случаях V(r)=Const для расстояний во многие десятки килопарсек от центра галактики. Вывод из такого наблюдательного факта может быть только один (если, конечно, не отказываться от фундаментальных законов физики): наблюдаемые звезды и газ в галактиках погружены в протяженную массивную среду с размерами много больше, чем характерные размеры видимой области галактики. Иными словами, уравнение:

1. GM_(r0)m/r²=mV²/r

для всей видимой части галактики неприменимо...

где:

r0 - радиус части галактики, внутренний по отношению к исследуемой звезде,

M_(r0) - масса внутренней части галактики,

m - масса исследуемой звезды,

r - радиус галактической орбиты исследуемой звезды.

В других публикациях основа формулы подтверждается (например: http://redshift0.narod.ru/Rus/Stationary/Dark_matter.htm):

Центральная часть гигантских спиральных галактик вращается как единое целое, то есть с одной угловой скоростью. Это значит:
V=kR
 или
 V²=k²R²
 условие стационарности орбиты:
 GM/R²=V²/R

Подставляя сюда значение V², получим:
 GM/R²=k²R
 отсюда:
 M=K²R³/G
 опуская коэффициенты получим:
 2. M~R³

Отсюда и делался вывод, что любая часть любой галактики, изначально имеющая равномерную объемную плотность, должна вращаться как единое целое или наоборот, вращение части галактики как единого целого предполагает наличие равномерной объемной плотности материи в этой части.

Согласиться можно только с одним - действительно очень трудно искать темную материю в темной Вселенной, особенно если ее там нет.

При всем уважении к Анатолию Михайловичу все же замечу некоторый элемент упрощения вопроса, граничащий с лукавством. Я категорически соглашусь с ним, что выражение (1/√r) "неприменимо" для значительной части центральных областей спиральных галактик, к которым относится и наша Галактика (Млечный Путь). Но формула (1) прекрасно работает для галактической периферии. Это - первая неточность. Применять же формулу (1) для той самой области в "десятки килопарсек", где "скорость вращения наблюдаемых звезд и газа в галактиках убывает гораздо медленнее" есть научное преступление, поскольку в формуле (1) по умолчанию предполагается отсутствие каких-либо зависимостей величины центральных гравитирующих масс от исследуемого радиуса, что, мягко говоря, не соответствует действительным условиям задачи. Галактика - не планетарная система, где 99% массы сосредоточено в центре и где возмущающее воздействие других масс можно спокойно проигнорировать. Формула (1) "работает", если M_(r0) - массу внутренней части галактики считать не константой, как это делает профессор Черепащук А.М. и получает соответствующее 1/√r, а переменной, зависящей от исследуемого радиуса M=f(r), возможно и по зависимости формулы 2. Смешно, но формула (1) "неприменима" и к галактике с темной материей и никакого иного распределения, кроме пресловутого  (1/√r) она выдать не способна, однако профессор об этом "скромно" умалчивает.

Лукавит г-н Черепащук и в утверждении о том, что он "не отказывается от фундаментальных законов физики". Помимо введения без необходимости новой сущности - темной материи, он, по умолчанию, вводит и новые взаимодействия. Вопрос упирается во вновь вводимую сущность, темную материю - протяженную массивную среду, которая, хочет автор или нет, должна иметь в галактике равномерную объемную плотность (см. уравнения).

Можно понять, почему свинцовый шар соизмеримых с нами размеров имеет равномерную объемную плотность. В нем атомы свинца связаны остаточными вандерваальсовскими силами, имеющими электромагнитное происхождение, обеспечивающими эту самую равномерность. Заявленная г-ном Черепащуком гравитационное взаимодействие для темной материи равномерную объемную плотность обеспечить не состоянии принципиально. Следовательно, ее обеспечивают другие взаимодействия, но, поскольку темная материя, "кроме гравитационного взаимодействия, никак не проявляет себя", то это должны быть новые, еще неизвестные науке взаимодействия. И это только начало неизбежной лавины новых темноматериальных сущностей. К примеру, совершенно необъясним с темноматериальных позиций тот факт, что гравитационно взаимодействующая темная материя имеет равномерную объемную плотность, а гравитационно с ней взаимодействующая видимая материя собирается в какие-то "спирали". Что это, еще одно новое взаимодействие?

Нет, в науке есть здоровый консервативный принцип запрета ввода новых сущностей без необходимости, так называемая "бритва Оккама", которая допускает введение этих новых сущностей только в том случае, когда невозможно объяснить научные факты с прежних позиций. Этого у г-на Черепащука нет и, хотя это не дело философа, попытаемся исполнить работу за него.

Вернемся к формулам. Их математическая сторона сомнений не вызывает, вызывают сомнения выводы из них, их интерпретация.

Формула:

 2. M=R³

подтверждает очевидную наблюдательную истину, что Галактика - не планетарная система, где 99% массы сосредоточено в центре. Нет, из этой формулы необходимо следует, что при R=0, M=0, то есть в галактике ее центр не есть сосредоточение основной массы и пространственное распределение масс игнорировать нельзя.

Однако, из чего следует, что пространственное распределение масс должно быть строго равномерным? Эту же формулу можно получить и для массивного "блина", если линейная плотность материи "в области нескольких десятков килопарсек" будет расти с ростом удаления от центра (ρ~r). На первый взгляд, утверждение абсурдно, оно противоречит всему, что мы знаем о гравитации. Вместо сосредоточения материи в центре галактики должны иметь место процессы ее вывода и прежде всего из центра. Обратимся к фактам.

Прежде всего взглянем на нашего близкого соседа-двойника - Туманность Андромеды в пределах тех самых десятках килопарсек от ее центра:

Фотография 5

Туманность Андромеды (М31)
Пояснения: Туманность Андромеды (М31) - гигантская спиральная галактика, по форме подобная нашей Галактике, но примерно вдвое массивнее. Наблюдения показывают, что галактический диск простирается в длину по крайней мере на 4,5° . Близость Туманности Андромеды (ее удаление составляет 0,7 Мпс, или 2 млн. световых лет) позволяет проводить ее детальное изучение, что способствует лучшему пониманию таких проблем, как вращение галактик, эволюция звезд и масштабы расстояний во Вселенной.

Фотография 6

Галактика М 31 (Туманность Андромеды), центральная часть

Астрономы видят изумительный "хоровод" звезд, галактического газа и пыли, но необходимо также "увидеть" и гигантский естественный соленоид, "катушку с током", формирующую магнитное поле вполне определенной ориентации и соответствующих эффективных размеров. Это подтверждает радиоизображение М 31:

Фотография 6

Туманность Андромеды (М31): радиоизображение
Пояснения: Радиоизлучение спиральных рукавов Туманности Андромеды (М31) в непрерывном спектре впервые было обнаружено Пули в 1969 г. Кольцеобразная радиоструктура, видная на полученной им карте, так же как и на более поздних картах, образована структурой спирального рукава М31. Это кольцо богато водородом HI (нейтральный водород) и HII (ионизированный водород) и содержит много молодых звезд. Показанная на этом слайде радиокарта получена на частоте 4850 Mгц (длина волны 6 см) с пространственным разрешением 2,6 угловых минуты с помощью 100-метрового телескопа Радиоастрономического института им. Макса Планка. Радиоизлучающая кольцеобразная структура имеет радиус около 50 угловых минут, что на расстоянии М31 составляет приблизительно 10 кпс вдоль большой оси.

Радиоизображение наглядно показывает, что "токовое кольцо" Туманности Андромеды и составляет те самые 10 кпс. Итак, есть токовое кольцо, создающее внутри кольца магнитное поле вполне определенной ориентации. К чему это приводит?

Конечно, можно ограничиться констатацией общеизвестного факта "вмораживания" материи магнитным полем, однако, продолжим. Рассмотрим, к каким последствиям приводит существование "токового кольца" внутри космологической системы.

Фотография 7.

Ядро гигантской эллиптической галактики NGC 4261 (HST)
Пояснения: Полученное с помощью Космического телескопа "Хаббла" изображение ядра галактики NGC 4261 (cправа). На нем показан диск холодного газа и пыли поперечником около 300 световых лет, возможно, питающий "топливом", центр галактики. Газ вырывается из окрестностей центра в направлении, перпендикулярном диску, и образует радиовыбросы (окрашенные в оранжевый и желтый цвет), которые видны на левом изображении. Изображение слева представляет собой композицию, включаающую наземную фотографию видимой части галактики (белого цвета). NGC 4261 - одна из наиболее ярких галактик скопления в созвездии Девы, удаленная на 45 млн. световых лет.

Здесь очевидно практически все. Газо-пылевой диск "вморожен" в магнитное поле. Независимо от того, что является источником плазмы - само ядро или разогретая "топливная" часть газо-пылевого диска, любое радиальное движение заряженной материи приводит к ее взаимодействию с магнитным полем и изменению направления ее движение вдоль силовых линий магнитного поля, то есть перпендикулярно диску. Синхротронное излучение ядерных газовых джетов должно обладать, вследствие взаимодействия с магнитным полем, сильно выраженной линейной поляризацией.

Фотография 8

Пояснение: Гигантская эллиптическая галактика Центавр A одной из первых стала наблюдаться орбитальной рентгеновской обсерваторией Чандра. Ядро галактики скрыто от нас в оптическом диапазоне плотным слоем пыли. На рентгеновском изображении, полученном обсерваторией Чандра, хорошо виден джет, достигающий в длину 30 тысяч световых лет (цвета условны). Джет "бьет" в направлении, соответствующем на рисунке верхнему левому углу, и возникает, по-видимому, из галактического центра - яркого рентгеновского источника. В Центавре A много также других точечных рентгеновских источников, кроме того, присутствует фоновое диффузное рентгеновское свечение. Большинство точечных источников - нейтронные звезды солнечной массы, входящие в двойные системы с аккрецией вещества от нормальных звезд-спутников. Диффузное высокочастотное свечение дает галактический газ, нагретый до температур в миллионы градусов Цельсия. Центавр А (NGC 5128) находится на расстоянии 11 миллионов световых лет в созвездии Центавра и является ближайшей к нам активной галактикой

Дальнейшая судьба джета зависит от его массы и энергии. Он может образовывать галактические структуры, ортогональные исходным:

Фотография 9

VLT - NGC 4650A
NGC 4650A - один из только 100 известных полярных кольцевых галактик.

Высокоэнергичный джет может образовывать практически уже гравитационно самостоятельные "радиоуши" материнской галактики:

Фотография 10

Пояснение:  галактика 0313-192, которая удалена от нас на расстояние миллиарда световых лет.  На комбинированном рисунке показано радиоизлучение (красным цветом) и изображение в видимом свете, полученное Усовершенствованной Камерой для Обзоров на космическом телескопе "Хаббл". Пылевые области и другие характеристики изображения с "Хаббла", а также ИК-данные телескопа Джемини (Gemini) ясно указывают на то, что 0313-192 - это спиральная галактика, видимая с ребра. (Сравните со спиральной галактикой вверху справа, расположенной "плашмя".) Двойные космические облака радиоизлучения, подобные тем, которые расположены по бокам ядра этой спиральной галактики, уже давно изучаются и регистрируются. Но, по крайней мере до сих пор, такие радиоисточники были известны только у ядер гигантских эллиптических галактик или в активных системах сталкивающихся галактик. Галактика 0313-192 в этом смысле "неправильная", такой тип галактик не укладывается в сценарий эволюции.

Если энергия джета недостаточна, то он может и не удаляться достаточно далеко от материнской галактики:

Фотография 11

M82, неправильная галактика

Весь этот набор фактов позволяет уверенно утверждать - потеря галактическими центрами весьма значительных, нередко основных, масс - явление в галактическом мире регулярное и закономерное, обусловленное господствующими в нем физическим взаимодействиями. Эта потеря приводит к значимым последствиям:

- в соответствии с законом сохранения количества движения при уменьшении массы внутренней части галактики происходит увеличение орбитальных радиусов материальных тел, геометрических размеров галактики;

- за счет уменьшения массы центральной части галактики и увеличения радиусов материальных орбит прежде всего центральной части обязано происходить уменьшение плотности материи галактики в этой части. Таким образом, вышевысказанное предположение "линейная плотность материи "в области десятка килопарсек" будет расти с ростом удаления от центра (ρ~r)" имеет наблюдательное основание.

- уменьшается "топливная подпитка" галактического центра, соответственно уменьшается его активность; имеет место автоматическая отрицательная обратная связь.

- за счет резкого расширения галактического центра при существенно более скромном расширении окраин неизбежно возникновение периферийных радиальных волн плотности, формирование галактических колец.

Фотография 12

Спиральная галактика с перемычкой в созвездии Печи, NGC 1365
Пояснения: Среди галактических систем наиболее зрелищными оказываются спирали с перемычками. Одна из красивейших - NGC 1365, самая большая спираль в южном созвездии Печи. В центре явно выраженной перемычки расположено ядро галактики, а окружают ее массы более холодных звезд, которые на цветных фотографиях выглядят желтыми. Сама перемычка тоже имеет желтоватый оттенок с отчетливыми прослойками пыли. Она резко обрывается, переходя в нежные изогнутые рукава, освещенные голубыми звездами и розовыми областями звездообразования, где эти звезды сформировались. Эта прекрасная галактика почти так же массивна, как наш Млечный Путь, представляющий собой довольно существенное образование.

Таким образом нет особых оснований для привлечения каких-то новых, весьма экзотических сущностей для объяснения наблюдаемого многообразия динамики галактик. Остается подождать каких-нибудь 10 - 20 миллионов лет для сбора подтверждающего или опровергающего материала по конкретной динамике конкретных галактических систем. Надеюсь, человеческая мысль обойдет это временное препятствие.

Однако, есть другое темноматериальное "свидетельство". Вот как пишет об этом профессор А.М. Черепащук:

Второе свидетельство существования скрытой массы следует из изучения скоростей движения галактик, как целого, в галактических скоплениях. В физике хорошо известна теорема вириала, утверждающей, что для стационарной гравитирующей системы сумма полной потенциальной энергии U и удвоенной полной кинетической энергии Е_k должна равняться нулю:

3. U + 2E_k = 0

Поскольку в случае квазисферического скопления гравитационная потенциальная энергия скопления галактик U по порядку величины составляет -GM²/R (M - полная масса скопления, R - его радиус). а полная средняя кинетическая энергия поступательного движения галактик в скоплении

E_k=Mv²/2

(v²- среднее значение квадрата скорости галактик в системе покоя скопления). то из формулы (3) следует:

4. M~v²R/G

Если из наблюдений известны v² и R (а для многих скоплений их можно определить), то по формуле (4) можно оценить массу скопления галактик, которую принято называть динамической или вириальной массой скопления. Оказалось, что для большинства скоплений галактик динамическая масса, оцененная по формуле (4), в десятки раз превосходит видимую массу скопления. Таким образом вывод о том, что свыше 90% материи находится в скрытой, ненаблюдаемой форме, подтверждается независимыми исследованиями движений галактик в скоплениях: галактики здесь движутся слишком быстро (V≥ 1000 км/с), быстрее, чем это следуетиз оценки массы видимого вещества скопления, которая получается суммированием масс галактик, оцененных по зависимости масса-светимость. О наличии скрытой массы свидетельствует также обнаружение горячего газа в скоплениях галактик, эффекты гравитационного линзирования далеких галактик и квазаров более близкими скоплениями галактик и другие наблюдательные данные. Некоторые теоретические проблемы (например, проблема формирования крупномасштабной структуры Вселенной, космологические проблемы, связанные с объяснением открытых недавно пространственных флуктуаций реликтового микроволнового фона, и т.п.) также требуют для своего решения привлечения скрытой массы.

Короче, рисуется апокалипсическая картина с единственным темномассовым выходом. Приходится обращаться к взаимодействию галактик. Да, галактики взаимодействуют. Выше уже подтверждалось, что во многих скоплениях расстояния между галактиками оказываются относительно невелики по сравнению с их размерами и межгалактические столкновения не редкость.

Фотография 13

Галактики Антенн (Antennae) - NGC 4038 и 4039
Две взаимодействующие галактики имеющие более чем 1,000 ярких, молодых областей звездообразования. Галактики зафиксированы в созвездии Corvus на расстоянии в 63 миллиона световых лет. На изображении Космического телескопа Хаббл ядра галактик изображены как яркие оранжевые области. Огромная полоса пыли охватывает пробелы между ядрами галактик. Спиральные области звездообразования изображены синим цветом и являются прямым результатом взаимодействия

 

Катастрофы такого масштаба конечно впечатляют. Но они являются конкретным фактом взаимодействия двух конкретных близкорасположенных систем и к ним вполне применимы механизмы внутригалактических взаимодействий. А что из себя представляет сам предмет второго свидетельства - галактическое скопление? Обратимся к фактам.

Фотография 14

Скопление галактик в Волосах Вероники
Пояснения: На фотографии, полученной с помощью 4-метрового телескопа Мэйэлла в Китт-Пик, показано скопление галактик в Волосах Вероники. К этой группе относится более тысячи галактик, включая большое число галактик типа S0 и E.
 

Итак, перед нами достаточно "солидное", даже по космологическим меркам, скопление. В нем можно обнаружить некоторые признаки общности происхождения отдельных групп галактик в виде характерных "завитков", свидетельствующих о первоначальной гравитационно-магнитной конденсации материи, но и только. Если исключить эти "родовые" признаки отдельных малых групп, то перед нами останется практически классическое "броуновское" движение материи. Где те признаки, на основании которых член-корреспондент РАН Черепащук А.М. отнес скопление к "стационарной гравитирующей системе"? Где эти признаки стационарной упорядоченности, где признаки системной объединенности?

Нет, в наблюдаемой части Вселенной системная сложность космологических объектов вполне конечна и нет стационарных систем, больших, чем галактики. А представленное галактическое скопление имеет другое название - множество систем, но никак не единая система. Естественно, для ее описания не подходит теорема вириала, что и констатируют результаты вычислений. С тем же успехом эту теорему можно применить для описания исходного броуновского движения частиц туши, "забыв" о существовании еще и воды. Собственно, Анатолий Михайлович это и делает. К описанию таких множеств нужен принципиально иной подход. Для этого отрешиться от объектного описания и представить космологическое множество многофазной инвариантной средой, в которой одна фаза будет обладать положительной плотностью и гравитационными свойствами, а другая - отрицательной и антигравитационными свойствами. Без перехода на идеи, развиваемые Э.Б. Глинером, без макровзгляда на наблюдаемую часть Вселенной, как многофазное пенообразное состояние лоренцинвариантной среды, понять, тем более описать ее, эту часть, невозможно. Можно и дальше умножать наукообразные темноматериальные фантомы, "гоняться" за ними по лабораториям, оставаясь на некоторое время в околонаучной моде. Но мода - вещь переменчивая и темы и понятия вакуумоподобной среды, структурного уровня и множества других, с ним  связанных,  неизбежно станут основополагающими в космологии завтрашнего дня.

 

Станислав Кравченко