Темная материя

"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. 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. 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, формоопределяющим принимается, по умолчанию безусловно, гравитация, что, однако, не далеко факт. А фактами являются :

-  неизменность средней интегральной плотности вещества в масштабе наблюдаемой части Вселенной и соответствующее отсутствие ее выраженной структуры;

- в более мелком, космологическом масштабе, выявляется ячеистая структуризация материи с большими пространствами пустоты и концентрацией материи по стенкам и узлам ячеек;

- в еще более мелком масштабе массоположительная материя предстает отдельными галактиками и их скоплениями, причем для последних нет ни малейших оснований оснований для определения их, как систем, нет даже признаков стационарности состояний.

Исходя из этих фактов и на основании существующих физических теорий есть основания предполагать:

- общую скомпенсированность любых физических полей в масштабе наблюдаемой части Вселенной, отсутствие какого-либо глобального поля;

- антигравитацию "вакуума", что и порождает ячейки "пустоты" и компенсирует гравитационные поля тяжелой материи;

- глобальное соблюдение законов сохранения, что подразумевает не только постоянное превращение тяжелой материи в излучение, но и "старение" излучения с рождением материи.

Тогда становится понятен смысл "машины", запечатленной на фотографии №1. Это не аккумулятор материи, все время увеличивающий свою массу. Эта "машина" конечно аккумулирует окружающее рассеянное вещество, которое в ней частично превращается в излучение, частично, ортогонально плоскости вращения, снова выбрасывается в пространство, при этом вещество некоторое время является "рабочим телом машины".

Исходное вещество, появляющееся за счет нарушения CPT-симметрии при рождении пар самим своим механизмом рождения в теле ячейки пустоты должно представлять собой непрерывный, но крайне диффузный поток "космических лучей"  с преимущественным направлением от центра ячейки к ее краям. В силу "малоразмерности" отдельной галактики по сравнению с ячейкой пустоты (2-3 порядка) ближайшая окрестность "стенки ячейки" с хорошим приближением может быть описана как очень разреженное, потому электрически слабонейтрализованное плазменное облако с повышенной долей "молодой" материи.

С такой позиции рождение первичного газового облака может быть конденсацией в узле или стенке между двумя ячейками пустоты за счет антигравитационного давления ячеек. Тогда неизбежно получится некоторая область газа изначально равномерно-произвольно распределенного в пространстве. Дальнейшая его эволюция определяется не его чудовищной массой и, казалось бы, естественным предположением о доминировании гравитационного фактора. Хотелось бы напомнить, что тяготение в центре Земли равно не тяготению на ее поверхности, а суперпозиции полей тяготения ближайших значимых тел, Луны и Солнца, то есть крайне незначительно. Это же касается и основной части газового облака. Можно будет еще как-то понимать краевое сгущение газового облака как проявление гравитационного взаимодействия его масс, напомним, сила тяготения наибольшая на поверхности Земли. Но совершенно невозможно реализация механизма возникновения центрального сгущения за счет сил гравитации, поскольку именно в центре масс гравитация наименьшая. Потому решающими могут быть два фактора: антигравитационное внешнее давление и электромагнитное взаимодействие. Отсутствие ощутимого магнитного взаимодействия для нейтральных водородных облаков, то есть оставление только внешнего давления, делает их эволюцию крайне замедленной. Поэтому только для ионизированной материи положение существенно меняется. Внешнее антигравитационное давление в любом случае вносит некоторый элемент упорядоченности в движение локальностей материи. Поскольку основная масса заряженной материи представлена положительно заряженными массивными протонами и отрицательно заряженными, но на три порядка более легкими электронами, то любой элемент направленной упорядоченности движения локальности есть проявление разностных электрических токов, соответственно, возникновение магнитного поля, которое не только на сорок порядков сильнее гравитационного, но и приводит к возникновению нормальных составляющих векторов скоростей. Материя значительно эффективней сжимается в жгуты и закручивается, что приводит к интересному эффекту "серповидных последовательностей" при общности происхождения последовательности галактик в скоплении. Поэтому с точки зрения этапа возникновения галактики решающим фактором является магнитное поле, а не гравитация, хотя последняя будет диктовать ход дальнейших процессов. Сжатие на уровне космологических масштабов за счет антигравитации ячеек пустоты, дополненное ортогональным магнитным сжатием формирует первичные компактные газовые образования и на этом эффективность их действия практически заканчивается для антигравитации - в силу маломасштабности образования по сравнению с ячейкой, то есть взаимной нейтрализацией встречных давлений, для магнитного поля - взаимной компенсацией встречных токов. 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.

Таким образом можно достаточно непротиворечиво объяснить возникновение первичных газовых сгущений, но никак не его дифференциацию до звездно-планетных систем. Этот этап происходит с доминирующим влиянием именно гравитационного взаимодействия. Гидродинамика плазмы отличается принципиальной неустойчивостью, что потенциально позволяет получать очень компактные образования. Однако, с ростом плотности плазмы и ее охлаждения за счет излучения при отсутствии собственных или эффективных внешних источников нагрева, экспоненциально растет релаксация ионов с электронами с образованием холодного нейтрального вещества. Вещество прозрачно для внутреннего излучения, его собственный нагрев за счет гравитационного сжатия и естественной радиоактивности полностью скомпенсирован потерями на излучение и состояние вещества можно описать как термодинамическое равновесие с окружающей средой. Для основной части галактики (за исключением ее центральной части) это равновесие будет определяться температурой реликтового фона (2,7К). Таким образом, основная часть вещества галактики должна быть не в наблюдаемом высокотемпературном плазменном состоянии, а в состоянии холодного нейтрального вещества, находящегося в тепловом равновесии с реликтовым фоном и потому не выделяющимся на нем и для наблюдения которого необходимы очень специальные условия. Таким образом, загадочность свойств "темной материи" имеет тривиальную физическую необходимость. Нельзя сказать что Вселенная "прячет" от нас темную материю. Представляется весьма естественным, что черная кошка не будет видна в темной комнате, необходимо "включить свет" и природа без всякого стеснения демонстрирует нам этот "фокус". На фотографии 4 "Центральное сфероидное звездное облако, имеющее оранжевый цвет, характерный для старого населения, окружено сияющим облаком пыли поперечником почти в 50000 световых лет". "Сияет" пылевой диск галактических размеров естественно не своим собственным свечением, а рассеянным светом находящихся внутри него им образованных звезд. Поэтому Анатолий Михайлович Черепащук прав только в самом утверждении - темная материя есть, но не в использованных им приемах доказательства ее наличия.

Итак, что можно будет уверенно утверждать о темной материи? Первое утверждение дано - термодинамическое равновесие с окружающей средой, причем для основной части галактики, тем более для межгалактического пространства, это - реликтовый фон при соответствующей температуре этого равновесия - 2,7К. Можно вполне уверенно утверждать элементный состав темной материи: основная часть - водород, около 20% - гелий и около 1% - все остальное. Исходя из состава и температуры равновесия можно составить утверждение о фазовом состоянии. При такой температуре основным взаимодействием между отдельными атомами будет электромагнитное взаимодействие с образованием молекул и многомолекулярных кристаллов. Даже в условиях гравитационного поля Земли снежинки образуются именно за счет электромагнитного взаимодействия, никак не гравитации. Таким образом темная материя предстает крайне разреженным рыхлым облаком водородного снега, пропитанного гелиевой жидкостью с очень незначительным пылевым загрязнением другими элементами. Макроконденсаций такой материи будет гравитационное вихревое холодное сжатие при полном отсутствии внутреннего давления. Первоначально, пока скорость тепловыделения за счет гравитационного сжатия не сравняется со скоростью теплоотдачи за счет излучения процесс можно с хорошим приближением считать изотермическим. Скорость, а, значит, и степень сжатия темной матери  будет целиком и полностью определяться гравитационным градиентом, который будет минимальным или в центре сжимающейся локальности, или на ее далекой периферии. Такое распределение градиента предопределит общую форму пространственного распределения темной материи в виде фигуры вращения уплощенной веретенообразной образующей с весьма разреженным центром и ростом плотности материи от центра масс к периферии до центра сечения образующей.

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 ρr10-38 -10-39 кг/м3, и традиционный подход требует обязательного образования на ее месте «реальной черной макси-дыры» конечных размеров:

Rr=2gMr/c2

Принимая округленно Mr= ρr*4/3π Rr3  ≈4ρr Rr3 получим:

Rr=2gMr/c2≈8gρrRr3/c2

Откуда

c2=8gρrRr2

или

c2/8gρr=Rr2

Rr=c/(8gρr)0,5

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

Rr=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 Rr~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".

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. По самому принципу своего образования эта материя при "рождении" 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. Стоит обратить внимание на некоторое отличие во взаимодействиях плазменного состояния материи от 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. Не мешает помнить, что сонаправленные токи взаимно притягиваются, а противонаправленные - отталкиваются. Важным массовым компонентом плазменного состояния материи являются свободные электроны, которые делают ее активно взаимодействующей с электромагнитными излучениями, не прозрачными для многих из них.

Итак, что представляет из себя "темная материя" галактики, мы рассмотрели выше. Рассмотрим сценарий звездообразования, когда протозвездную систему составляет стандартная небольшая рукавная локальность "темной" материи подходящей массы в форме разреженного облака крайне рыхлого водородного снега, пропитанного гелиевой жидкостью в виде отдельных микрокристаллов и их хлопьев. Оно будет испытывать собственное гравитационное холодное изотермическое сжатие и в соответствии с законами вихревой гравидинамики крайне медленно, но рано или поздно создаст кольцевой протопланетный тор. Поскольку в снежном облаке отсутствует внутреннее давление, а градиент тяготения в его центральной части незначителен, то его центральная часть не претерпит каких-нибудь значительных изменений, его плотность в центральной части изменится незначительно. Наибольшие изменения будут происходить в областях наибольшего гравитационного градиента, вблизи его окраин. Облако будет сжиматься сохраняя инерцию движений, что будет приводить к его закручиванию. Условие:

 GM/R2=V2/R

предопределит главный радиус образующегося тора и дальнейшее сжатие облака будет уже сжатием образующего сечения тора, уменьшения его эффективного радиуса. Самым естественным образом внутри уплотняющегося тора неизбежно должен начаться процесс вначале чисто электромагнитного слипания, а затем и гравитационной конденсации с образованием зародышей планет. Весь этот процесс должен быть крайне длительным даже по сравнению с последующей многомиллиаднолетней звездной эволюцией. Поэтому есть все основания полагать, что основное состояние галактической материи - темное состояние в виде протосистемного облака или протопланетного тора.

Закручивание тора будет способствовать хорошему перемешиванию вещества облака, потому высокой численности и равномерности распределения точек конденсации по всему объему тора. Однако закон экспоненциального роста масс точек конденсации будет способствовать совершенно обратному эффекту - некоторой дифференциации протопланетных образований по массам при относительно равномерному их распределению по тору. В результате должно получаться много тысяч протопланет, из которых несколько сотен будут исходно относительно равномерно сформированными по тору и достаточно массивными, типа Сатурн - Нептун. Неизбежно в торе будут действовать явления гравитационного резонанса, что рано или поздно начнет разбивать кольцо протопланет на, по крайней мере, две области их уплотнения с промежутками разрежения. Естественно, что такое образование не может быть устойчивым. Произойдет системная катастрофа. Планеты в узлах скоплений под действием собственных полей тяготения начнут сливаться с созданием собственных "точечных" гравитирующих центров. Дальнейшее зависит от соотношений масс узлов. Если узлы плотности были относительно равной массы, то образуется так типичная для нашей галактики тесная звездная пара. Если один из узлов оказался преобладающим по массе, то образуется звездно-планетная система, типа Солнечной. Системная катастрофа с образованием точечного гравитирующего центра самым существенным образом перестраивает динамику планетного множества. "Живыми" из катастрофы выходят совсем немногие планеты, да и они должны нести на себе "память" о катастрофе. Процесс установления нового квазистационарного режима займет некоторое время, в течение которого будет происходить по закону экспоненциального затухания процесс поглощения или захвата протопланет с "неудачными" орбитами. Дальнейшая эволюция планет будет существенно зависеть от "их места под Солнцем", что здесь не рассматривается.

При этом не стоит забывать, что звездно-планетная "темная" локальность исходно была частью более обширного ионизированного плазменного образования, для которой характерны законы магнитной гидродинамики плазмы. Энергия гравитационного 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 плазмой, 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 поперечником 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, хотя гравитационные резонансные явления в пределах локальностей, для которых основным является именно гравитационное взаимодействие, безусловно имеют место.

Все это является необходимым предисловием для рассмотрения основной темы - темной материи как "нового вида вещества". 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, хотя само соотношение (M~R3) допускает множество вариаций, не только равномерно заполненную сферу, но, в том числе и плоскую, "блиноообразную" модель с переменной плотностью (p~R). Потому, при всем уважении к Анатолию Михайловичу все же замечу некоторый элемент односторонней некритичной предвзятости в выборе модели, граничащей с лукавством. Можно категорически согласиться с ним, что выражение (1/r) "неприменимо" для значительной части центральных областей спиральных галактик, к которым относится и наша Галактика (Млечный Путь) именно потому, что наблюдаемое распределение материи ну никак не центрально точечное. Выражение не должно работать, поскольку ни на одной фотографии галактика не наблюдается эдакой сверхмассивной звездой с ничтожным по массе окружением. Наоборот, галактики предстают туманностями с заведомо распределенными в пространстве массами. Потому формула (1) прекрасно работает для дальней галактической периферии. Это - первая неточность, из которой следует только одно - модель точечного гравитирующего центра по отношению к галактикам не применима, необходим учет пространственного распределения масс. Применять же формулу (1) для той самой области в "десятки килопарсек", где "скорость вращения наблюдаемых звезд и газа в галактиках убывает гораздо медленнее" есть заведомая некорректность, 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 и данным наблюдения. Галактика - не планетарная система, где 99% массы сосредоточено в точечном центре и где возмущающее воздействие периферийных 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". Вопрос упирается во вновь вводимую сущность, темную материю - протяженную массивную среду, которая должна иметь в галактике равномерную объемную плотность (см. уравнения), что означает по мнению автора, что "наблюдаемые звезды и газ в галактиках погружены в протяженную массивную среду с размерами много больше, чем характерные размеры видимой области галактики" и взаимодействие материи в этой среде происходит по законам вандерваальдоских сил, то есть тяготение до некоторого радиуса с последующим возникновением отталкивания. 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. 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, как гравитационно взаимодействующая темная материя имеет равномерную объемную плотность, а гравитационно с ней взаимодействующая видимая материя собирается в какие-то "плоские спирали", а сам закон (M~R3) действителен не для всей галактики, а только для ее центральных областей. 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 Еk должна равняться нулю:

3. U + 2Ek = 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

Ek=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.

Означает ли это, что темной материи, пусть и без экстравагантной экзотики, вообще нет? Нет, не означает. Как раз наоборот, результаты наблюдений ее наличие необходимо предполагают. И вопрос совершенно не в пресловутом "законе изменения" модулей скоростей в зависимости от расстояния до центра галактики. Вопрос в величине этих модулей. Они реально больше, чем следует из наблюдаемой массы звезд. Поэтому "темная" материя безоговорочно есть, более того, она наблюдаема. К примеру, мы не наблюдаем в видимом диапазоне наш родной галактический центр, он закрыт от нас "угольным мешком". Это, конечно, не "темная материя" в строгом смысле слова, то есть, подверженная не только гравитационному взаимодействию (поэтому нам известно, что "мешок - угольный"), но, тем не менее, есть смысл, не плодя экзотики, поискать возможных "кандидатов" на "материальную темность", помимо оговоренных ранее. Обратимся к одним из распространенных систем в галактике - к звездно-планетным системам. Известна стандартная главная эволюционная последовательность - Диаграмма Герцшпрунга и Рессела.

Красные карлики с массой до 0,8М¤ могут жить очень долго – до ста миллиардов лет. По мере уменьшения концентрации водорода в ядре термоядерные реакции медленно угасают и звезда, постепенно остывая, превращается в черный карлик, в котором сила тяготения уравновешивается давлением остывающего ионизированного газа. Ход эволюции прост:

Красный карлик главной последовательности 

                                                                                      Черный карлик

Эволюция звезды с начальной массой 3-8 М¤ при массе ядра до 1,5 М¤ протекает следующим образом:

 Звезда главной последовательности

                                                         Красный гигант

                                                                                Вспышка Новой

                                                                                       Белый карлик + планетарная туманность

                                                                                                                                                           Черный карлик

Эволюция звезд массой 10-15 М¤ (с массой ядра до 1,5-2,5 М¤ ) протекает иначе:

Звезда главной последовательности

                                                         Красный сверхгигант

                                                                                          Вспышка Сверхновой

                                                                                                           Нейтронная звезда + волокнистая туманность

Звезды с массами 20-40 М¤ (с массой ядра более 3 М¤ ) имеют другой вариант эволюции:

Звезда - сверхгигант классов О, В

                                                 Звезда типа Вольфа-Райе

                                                                                           Вспышка Сверхновой

                                                                                                                    Черная дыра + волокнистая туманность

Дальнейшая судьба Солнечной системы зависит от эволюции Солнца.

Светимость Солнца постепенно возрастает, в настоящее время она на 30 % выше, чем была в эпоху образования Солнечной системы. В предстоящие 1,1 миллиарда лет яркость Солнца возрастет на 10%. Спустя 2,4 миллиарда лет светимость Солнца возрастет еще на 40%. Постепенно, на протяжение последующих 1,3 млрд. лет Солнце превратится в красный гигант. Еще через 1,6 млрд. лет оно исчерпает запасы водорода в ядре и вблизи центра Солнца начнутся термоядерные реакции "горения" гелия. Яркость Солнца возрастет еще в 2 раза. В течении 1,3 млрд. лет красный гигант медленно расширится в 170 раз и поглотит Меркурий. Масса Солнца уменьшится на 27 % от современного значения. Затем расширение приостановится на 110 млн. лет, но потом Солнце за 20 миллионов лет расширится до размеров современной земной орбиты (радиус Солнца будет равен 150 миллионам км!) и станет красным сверхгигантом со светимостью в 5200 раз выше современной. Масса Солнца уменьшится до 59 % современной массы. Сила тяготения Солнца будет постепенно уменьшаться и планеты будут удаляться от него. Затем Солнце превратится в Новую звезду. После взрыва ядро Солнце станет белым карликом массой 0,4-0,5 М. На Солнечную Систему опустится "вечная", по нашим меркам, космическая ночь.

Здесь в основном все правильно кроме одного - совершенно не оговорено, что будет дальше. Но, в вопросе "темной материи" это не столь важно, принципиально важными являются временные интервалы существования конечных по данным схемам систем - черных карликов и нейтронных звезд (черных дыр никто нигде никогда не наблюдал). Для нас важным является, что время их существования составляет сотни миллиардов лет, то есть на пару порядков дольше, чем активная, светящаяся фаза на главной последовательности. Если отвлечься от пресловутого "Большого Взрыва" и по умолчанию принять время существования Вселенной неограниченно большим, то неизбежен вывод, что в активной, светящейся и наблюдаемой фазе может находиться лишь незначительная доля вещества Вселенной. Основная часть - инфракрасные и черные карлики - заведомо трудно наблюдаемая, потому "темная" материя. Но ничто не вечно ни под луной, ни выше. Нейтронные звезды - макроатомы, образованные гравитационным взаимодействием, заведомо нестабильны. Они неизбежно должны "парить" элементарными частицами, как любой атом, испытывая альфа и бета - распады, а по достижении минимума массы - неизбежно взорваться как "стандартная свеча", сверхновая типа Ia. Как бы ни было мало межзвездное "трение", оно безусловно не нулевое, потому стационарность звездных орбит - вещь условная, нами принимаемая только в силу ничтожной краткости нашей собственной жизни. И, если вернуться к исходному Рис №1, то он открыто демонстрирует, куда, в конечном счете, переправляются все "отходы" звездной деятельности. Круг замыкается. И он говорит о том, что активная звездная фаза существования материи не единственная и не главная.

 

Станислав Кравченко

Hosted by uCoz