Происхождение рукавов галактики Млечный Путь

Наблюдаемая кривая вращения звёзд Млечного Пути, сформированная под влиянием темной материи приводит к некоторым неожиданным выводам. Эта кривая вращения не могла сформировать рукава галактики, какими сегодня мы их себе представляем. Рассмотрена гипотеза о происхождении рукавов галактики.

Предвзятый и скрупулезный анализ влияния кривой вращения галактики Млечный Путь на форму её рукавов, приводит к неожиданным выводам. Если бы галактика двигалась с такой кривой вращения, то всего два оборота назад – около 600 млн. лет – её рукава должны были быть «закручены» в обратную сторону. И, напротив, в течение следующих нескольких оборотов галактика должна полностью лишиться видимых рукавов, которые туго свернутся, равномерно заполняя весь её диск. Учитывая, что возраст галактики предполагается порядка десятка миллиардов лет, её прошлое выглядит ещё более загадочно – возникновение рукавов невозможно объяснить по чисто кинематическим противоречиям.

Выходит, что гипотеза о темной материи не только не устраняет противоречий самой наблюдаемой кривой вращения нашей галактики, но, напротив, создаёт новые.
Возможно, наблюдаемая, вычисленная кривая вращения галактики на самом деле нестабильна и не отражает длительной эволюции Млечного Пути. Измеренные скорости звёзд соответствуют текущему краткому моменту времени и, видимо, мало что говорят о своих прошлых или будущих значениях. Возможно, говорить о динамике их движения можно лишь с определённой степенью надежности. А иначе, законы механики дают этот закономерный логический результат.

В связи с этим логично допустить, что возможна иная долговременная форма кривой вращения, которая за многие миллиарды лет позволила принять рукавам Млечного Пути ту форму, какую стало возможным ныне вычислить по астрономическим наблюдениям. Но в этом случае возникает закономерный вопрос: а какую форму имела галактика «в начале пути»? И «когда оно началось, это начало»?

Выдвинем предположение, что галактика образовалась ну, скажем, 3 млрд. лет назад. Этот срок взят из утилитарных соображений: чтобы было проще просматривать эволюцию на анимации. При этом возникнуть рукава могли, например, в результате коллапса двух черных дыр, которые выбросили в разных направлениях свои джеты. Вращаясь, эти джеты, скажем так, «подметали» окружающее пространство, собирая в себя газ и звёзды. Постепенно рукава закрутились в нынешнюю форму. Почему черных дыр две? Потому что рукавов четыре, а джеты образуются парами.

С целью рассмотреть вероятных ход процесса формирования рукавов и их эволюции была разработана математическая модель вращения галактики Млечный Путь. Для вычислений я составил аналитические уравнения формы рукавов в полярных координатах. Уравнения имеют следующий вид:
Рукав Щита-Центавра: R = 0,1690ф^2 + 1,9538ф + 8,1629
Рукав Персея:      R = 0,2689ф^2 + 0,1631ф + 4,3407
Рукав Стрельца:    R = 0,2114ф^2 – 0,1821ф + 3,5837
Рукав Лебедя:      R = 0,1801ф^2 + 1,1166ф + 5,0917

где:
R – радиус-вектор некоторой точки рукава от центра галактики в кпс
ф – текущий угол этой точки от внутреннего края рукава, в радианах

Углы вращения радиус-векторов в этих уравнениях изменяются приблизительно в следующих диапазонах:
Рукав Щита-Центавра: ф = -2,4…3,5
Рукав Персея: ф = 0,8…6,6
Рукав Стрельца: ф = 0,9…8,4
Рукав Лебедя: ф = -2,1…6,8

Если нанести на карту галактики линии, построенные по этим уравнениям, то можно увидеть их весьма точное совпадение с реальными рукавами галактики. В свою очередь, выведенные уравнения рукавов позволяют легко вычислить основные параметры движения галактики на произвольном интервале времени. В первую очередь было проверено, возможна ли и какой могла быть кривая вращения, чтобы исходным состояние рукавов были прямые линии, гипотетические джеты.

Вычислении позволили найти такую кривую вращения, которая определённо спрямит выбранный рукав Лебедя, но нет гарантии, что выпрямленными будут и другие рукава. Как и ожидалось, Рукав Лебедя выпрямился, а три других лишь приблизительно вытянулись вдоль прямых. Тем не менее, эта картина достаточно хорошо отражает вид галактики, как бы образовавшейся 3  млрд. лет назад из двух пар джетов.

В процессе осуществления построений обнаружился довольно любопытный факт. Были построены выпрямляющие кривые вращения для каждого рукава галактики, причём все они сами оказались с высокой точностью прямыми линиями. То есть, кривые вращения галактики, с которыми рукава оказывались прямолинейными примерно 3  млрд. лет назад, оказались прямыми линиями, весьма сильно напоминающими кривые вращения твердого тела. Отличие в малом – они не проходят через начало координат диаграммы. Более того, оказалось, что кривые вращения трёх из четырёх рукавов галактики практически слились в одну линию.

А раз так, то возникает вопрос: как будет протекать прямая эволюция – от появления джетов до наших дней. Для такой проверки самым непосредственным образом есть, в общем-то, всё необходимое. Мы примем, что в центре нашей проектируемой галактики находятся две чёрные дыры, «выстрелившие» четыре джета под углом 60 градусов. Этот угол между двумя парами джетов я выбрал, «подсмотрев» его в нашей галактике, прокрутив её в прошлое на принятые 3 млрд. лет с кривой вращения, которая распрямила Рукав Лебедя.

Рукава галактики – джеты принудительно делаем строгими математическими отрезками прямых. Теперь строим анимационную модель и смотрим, что произойдёт с джетами через 3 млрд. лет: анимация представлена в начале данной статьи.
Сразу же следует отметить, что получился несколько неожиданный результат. Конечно, можно было сразу предположить, что получится что-то отдаленно напоминающее вид нашей галактики в нашем нынешнем представлении о ней… Но мы получили практически идеальное совпадение:

вращение джетов под воздействием кривой вращения, близкой к твердому телу, выпрямляющей кривой вращения с высокой вероятностью приводит к возникновению галактических рукавов. Возможно, именно так образовались рукава галактики Млечный Путь.

Понятно, что скептик резонно возразит: ещё бы! Срок от возникновения рукавов до наших дней мы сами же и заложили в кривую вращения. Она была спроектирована именно таким образом, чтобы прямые струи джетов «изогнулись» в такие рукава за такое время. Это так и не так. Кривая вращения, которую мы использовали, на самом деле выпрямила рукава галактики до несколько иной формы. Мы же взяли изначально строго прямолинейные струи джетов, никак не связанные с будущей формой рукавов! В них никем и ничем не заложена программа «изогнуться именно таким образом». То есть, кривая вращения на самом деле предназначалась для другой цели, с которой она превосходно справилась. Кроме того, мы видели, что у разных рукавов эти кривые имеют практически одну и ту же форму. Можно утверждать, что форма спрямляющих кривых вращения зависит в большей мере от срока, за который рукава примут нужную нам форму.

Но, может быть, такая же картина будет наблюдаться и с другими кривыми вращения? Для полной объективности картины происхождения рукавов было проверено, что произойдёт, если кривая вращения будет той, которая сформирована темной материей, наблюдаемой кривой вращения. В результате оказалось, что под действием кривой вращения темной материи из джетов может получиться только сплошная дисковая, безрукавная галактика. Формирование рукавов галактики однозначно определено формой кривой вращения. Здесь уже нет необходимости приводить для сравнения рисунок нынешнего вида галактики, всё достаточно очевидно:

наблюдаемая кривая вращения, заданная темной материей, не способна сформировать известные нам рукава галактики Млечный Путь. Наоборот, она приводит к их деградации.

Подробные иллюстрации исследования рассмотренной математической модели приведены в литературе.

Литература
1. Путенихин П.В., Происхождение рукавов галактики Млечный Путь, 2015, URL: (Дата обращения 06.04.2015)
http://samlib.ru/p/putenihin_p_w/mw47.shtml
http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/14780.html http://scorcher.ru/theory_publisher/show_art.php?id=585
http://econf.rae.ru/pdf/2015/04/4399.pdf
http://vixra.org/pdf/1512.0234v1.pdf
http://www.biblio.su/node/646
http://fabulae.ru/Red/Download.php?id=54581&v=2
https://cloud.mail.ru/public/8WpP/qeaUMAiGz
https://cloud.mail.ru/public/K5GK/QidmkTF35