Механизм вращения галактик и галактических нитей

Кузнецов А.И, Кузнецов А.Р.

То, что такие объекты Вселенной как галактики, звезды, планеты и спутники движутся по определенным орбитам и одновременно вращаются вокруг собственной оси известно на протяжении длительного времени. Однако, механизм и причина возникновения существующего расположения орбит небесных тел, стабильного характера их движения и вращения вокруг оси, до настоящего времени не находят разумного объяснения.

Исследователи считают, что генерация вращения является одной из ключевых загадок в изучении космоса. Согласно космологическим моделям, вращение — это следствие эволюции Вселенной: его не было на ранней стадии, но оно возникло при формировании галактик, и существует всю их последующую эволюцию [1].

Ученые установили, что, галактики распределены во Вселенной не случайным образом, изолированно друг от друга, а как бы связаны между собой галактическими нитями. Эти необычайно длинные волокна горячего газа, представляют собой цилиндры длиной в сотни миллионов и диаметром в несколько миллионов световых лет. Они соединяют окружающие галактики и скопления галактик по всей Вселенной, образуя так называемую космическую сеть.

В 1980-х годах было установлено, что характер изменения орбитальной скорости вращения тел в рукавах диска спиральных галактик отличается от существующей закономерности вращения планет в солнечной системе, где наблюдается снижение скорости планет по мере удаления их от центра (Солнца). В спиральных галактиках орбитальная скорость тел при удалении от центра вращения (балджа) оставалась практически неизменной.

Когда постоянная скорость обращения внешних частей галактик была впервые обнаружена, это было неожиданно, так как ньютоновская теория гравитации предсказывает, что чем дальше объект от центра, тем меньше его скорость. Для объяснения этого была создана модель «тёмной материи». Учёные предположили, что выравнивание скорости вращения галактик вызывается веществом, находящимся за пределами видимого диска галактик. Поскольку все крупные галактики показывают те же характеристики, то они должны, согласно этим рассуждениям, быть окутаны невидимой «тёмной материей» [2].

В 1983 году, для того, чтобы смоделировать наблюдаемые постоянные скорости вращения, Мордехай Милгром предложил модифицированную ньютоновскую динамику (MOND). В ней он предположил, что ньютоновская сила гравитации применима только для относительно больших ускорений, а для малых ускорений Закон всемирного тяготения может не работать.

MOND стоит особняком от широко распространённых и практически общепринятых теорий тёмной материи ещё не определённого типа. Она обеспечивает распределение массы, отличное от наблюдаемого для обычного вещества. Эта «тёмная материя» концентрируется в так называемые гало, которые намного больше, чем видимые части галактик, и своим гравитационным притяжением обеспечивает почти постоянную скорость вращения внешних видимых частей галактик).


Помимо MOND, существуют множество других известных теорий гравитации, которые пытаются объяснить тайну вращения галактик.

Согласно новому исследованию специалистов Потсдамского астрофизического института имени Лейбница (Германия), гигантские галактические нити, в которых находятся два триллиона известных галактик, также вращаются. Характер движения галактик внутри этих огромных космических структур, свидетельствует о том, что они вращаются вокруг центральной оси волокон. Самая высокая скорость, с которой исследователи зафиксировали вращение галактик вокруг центральной оси волокон, составляла примерно 360 000 км/ч.

В этих масштабах галактики внутри самих нитей похожи на пылинки. Они движутся по спиральным орбитам, вращаясь вокруг центральной оси нити во время движения по ней. Такое вращение никогда не наблюдалось прежде в таких огромных масштабах. Это значит, что должен существовать еще неизвестный физический механизм, ответственный за вращение этих объектов. Вопрос о том, каким образом создается угловой момент, ответственный за вращение таких структур, является одной из ключевых нерешенных проблем космологии [1].

В течение долгого времени также остается непонятной природа спиралей в спиральных галактиках. Проблема заключается прежде всего в объяснении их долгоживучести. Диски галактик вращаются не как твердые тела: их угловая скорость уменьшается с расстоянием. Такой характер вращения должен растягивать, «размазывать» любой структурный узор диска, так что он не просуществует и нескольких оборотов галактики. Тем не менее, спиральные ветви наблюдаются в большинстве дисковых галактик, несмотря на их большой возраст. Звезды и газовые облака в диске в своем движении под действием «избыточных» сил притяжения спиралей, испытывают систематические отклонения от кругового вращения, то увеличивая, то уменьшая свои скорости, причем это происходит таким образом, что спиральный узор не размывается при вращении галактик, а является самоподдерживающимся [3].

Обстоятельный и полный ответ на все эти вопросы позволяет получить предложенная нами Гипотеза извержения вулканов и наличия суперзвезд (ГИВиНС). Согласно этой гипотезы, звезды представляют собой не газовый шар, а жерла вулканов на твердой, аналогичной планетам земной группы, поверхности гигантской суперзвезды сферической формы, в центре которой идут термоядерные реакции.

Зарождение суперзвезд происходит в результате образования высокотемпературных зон плазмы при электрических разрядах (молниях) между участками скопления частиц с разноименными зарядами во Вселенной. Существующее на поверхности образующихся сгустков плазмы магнитное поле способствует оседанию на ней ранее образовавшихся частиц пыли. Работами И. Тамма и А. Сахарова было показано, что магнитное поле может служить для изоляции высокотемпературной водородной плазмы от образующейся оболочки, позволяя ей выдержать создаваемые температуры.

Наиболее крупная суперзвезда образует центральную часть (балдж) спиральной галактики. Под действием царящего в центре суперзвезды большого давления, происходит разрушение ее оболочки в отдельных наиболее слабых местах, и на поверхности образуется большое количество вулканов (звезд). Твердые продукты выбросов (обломки оболочки) каждого вулкана образуют планетные системы, а большие сгустки плазмы служат зародышем для появления новых суперзвезд (галактик). Этому благоприятствует присутствующая в рукавах пыль, которая, оседая на их поверхности, способствует образованию прочной твердой оболочки. На ней со временем в свою очередь образуются сверхновые звезды различных размеров. Все это вращается вокруг возникшей звезды по орбитам, расположенным на внутренней поверхности образующегося от выброса конуса (вихря).

Возникающие вокруг центральной суперзвезды системы планет и новых, более мелких суперзвезд образуют скопление галактик в виде гало. Наиболее крупные жерла вулканов (звезд), образующиеся на противоположных сторонах суперзвезды со смещением относительно ее центра, являются источниками образования спиральных рукавов галактики. Извергающиеся из них мощные потоки внутризвездного вещества (звездного ветра), способствуют вращению центральной суперзвезды вокруг собственной оси, под действием реактивных сил этих потоков.

Вращение суперзвезды (балджа) вокруг собственной оси приводит к закручиванию этих потоков в виде спиральных рукавов. При этом, за счет увеличения диаметра внешней части рукава здесь образуется более разряженная часть потока, а в расположенной ближе к балджу – более плотная. При движении потока вдоль рукава, непрерывно происходит выравнивание его плотности по ширине за счет перемещения части массы потока поперек рукава от внутренней его части к внешней и обратно. Это приводит к вращению всего потока по спирали вокруг оси рукава.

Согласно результатам наблюдений ученых, каждая звезда за один оборот вокруг центра галактики может несколько раз пересекать спиральные ветви. Для звезд такие пересечения происходят бесследно, но межзвездный газ, будучи сплошной средой, реагирует на спиральную волну резким увеличением плотности, что, в конечном счете, и приводит к усилению звездообразования. При отсутствии газа яркие спиральные ветви галактик не смогли бы образоваться [3].

Мы считаем, что это утверждение несколько ошибочно. Звезды не пересекают спиральные ветви галактики. Они находятся в непрерывном движении по определенным орбитам поперек только одного рукава, в котором они располагаются. Увеличения плотности межзвездного газа в рукаве также не происходит. Коническая форма спирального рукава, обеспечивает стабильное давление и равномерный характер движения потока в нем. Увеличение плотности пыли происходит при осаждении ее на поверхности сгустка плазмы, при образовании оболочки суперзвезды. Увеличение звездообразования в рукавах спиральных галактик происходит не за счет увеличения плотности межзвездного газа. Это результат непрерывного поступления в них сгустков плазмы из жерла (звезды), образующего рукав и термоядерных реакций, идущих внутри образующихся в рукаве суперзвезд.

Длина рукавов и «рисунок» спиральной галактики определяются скоростью и объемом извергающихся потоков. Эти потоки звездного ветра образуют галактические нити. Они имеют не цилиндрическую, а коническую форму вихря, расширяющегося по мере удаления их от места выхода (звезды). Постоянная длина рукава обеспечивается относительно равномерным истечением потока. Вращение потока, при движении вдоль оси по спирали, обеспечивает поддержание его стабильной скорости по ширине рукава, с постепенным снижением ее по мере удаления от места выхода из жерла вулкана (звезды).

Вихреобразный характер движения, исходящего из звезды потока в рукаве, способствует созданию в центральной (осевой) его части разрежения (пустоты). Под действием этого разрежения образуется встречный пылегазовый поток, движущийся по внутренней части исходящего потока в направлении к звезде. Он также движется по спирали вокруг оси рукава, вращаясь в противоположную сторону и служит источником пополнения материала суперзвезды, расходуемого на термоядерные реакции и извергаемого в рукава в виде звездного ветра. Совместное действие этих потоков, движущихся навстречу друг другу, способствует остановке исходящих от звезды сгустков плазма и кусков оболочки, заставляя их, в зависимости от плотности и размеров, останавливаться на определенном расстоянии и вращаться вокруг собственной оси и по орбите поперек рукава.

Австралийские астрономы изучили свойства нескольких десятков спиральных галактик и обнаружили, что их форма в большей степени зависит от того, насколько быстро они вращаются. По словам астрономов, чем быстрее крутилась галактика, тем более плоским был ее диск, если смотреть на него "сбоку". При меньших скоростях вращения в центре спиральных галактик сначала появлялась характерная "перемычка", а при самых низких значениях они становились похожими на сплющенный шар или эллипс. Как полагают исследователи, открытая ими закономерность может помочь при изучении эволюции галактик в ранние эпохи жизни Вселенной [4].

Данное утверждение констатирует только результаты наблюдений, без объяснения причин их вызвавших. Можно смело утверждать, что скорость вращения галактик не является причиной изменения их формы. Согласно нашей гипотезы (ГИВиНС) она, как и форма, зависит от количества, размера и местоположения источников извержения звездного ветра (звезд) на поверхности центральной суперзвезды галактики.

Плоская (узкая) форма диска спиральной галактики объясняется относительно небольшим размером жерл (звезд), являющихся источником образования спиральных рукавов. Чем меньше их диаметр, тем более тонким потоком и с большей скоростью, при постоянстве внутреннего давления, происходит извержение из них потоков звездного ветра. Обладая большей реактивной силой, они заставляют с большей скоростью вращаться балдж и диск галактики.

Наличие в центре спиральной галактики «перемычки», при снижении скорости ее вращения, объясняется появлением ряда новых вулканов (ярких звезд), расположенных по прямой линии (трещине), соединяющей жерла, образующие рукава галактики. Яркое свечение звезд «перемычки» свидетельствует об истечении через них большого количества звездного ветра. Это сопровождается снижением расхода звездного ветра через спиральные рукава, а, следовательно, уменьшением их скорости и реактивной силы, а, также скорости вращения галактики. 

Самые низкие скорости вращения имеют спиральные галактики с большим количеством и диаметром жерл (звезд), являющихся источником спиральных рукавов. Извергающийся из них поток звездного ветра в этом случае имеет большие поперечные размеры, низкую скорость и относительно небольшую длину рукавов. Обладая низкой реактивной силой, потоки сообщают галактике крайне малую скорость вращения вокруг собственной оси. При этом потоки рукавов не удаляются от балджа, а просто обволакивают его пылегазовым облаком, создавая ему форму сплющенного шара или эллипсоида.

Изменение формы балджа может наблюдаться у спиральных галактик, вращающихся с относительно высокой скоростью. Это вызывается наличием большого (более двух) количества рукавов и прочих звезд на поверхности в районе диска, приводящих к ослаблению здесь жесткости оболочки суперзвезды. Под действием давления встречных потоков с противоположных сторон рукава, в котором находится данная галактика, центральная суперзвезда галактики (балдж) может приобретать форму эллипсоида.

Все галактики вращаются, но не как твердые тела, совокупность звезд и межзвездный газ могут иметь различные скорости вращения даже на одинаковом расстоянии от центра галактики (балджа). Это чаще наблюдается для разных рукавов галактики, находящихся в одной плоскости, но имеющих различный диаметр выходного отверстия.

Поскольку маловероятно, что жерла рукавов одного и того же балджа, находящиеся в плоскости диска, могут иметь одинаковые размеры, то габариты и скорости потоков в рукавах, а также их длина будут отличаться друг от друга. Направление вращения галактики противоположно направлению истечения потока звездного ветра из рукава с максимальной скоростью.

Характер вращения галактик различных типов также не одинаков. Так скорости звезд в эллиптических галактиках тем больше, чем массивнее галактика, но часто скорости истечения потоков из соседних звезд в ней, как правило, имеют различное направление. Вследствие этого, среднее результирующее значение скорости в каждом локальном объеме галактики оказывается небольшим. Поэтому, даже при высоких скоростях движения звезд, вращение галактики как целого довольно медленное - несколько десятков километров в секунду [3].

Это объясняется тем, что у таких галактик, отсутствуют жерла больших размеров, играющих главенствующую роль в сообщении им определенной скорости и направления вращения. Эллиптическая галактика представляет собой большую суперзвезду, по поверхности которой разбросаны вулканы с жерлами (звездами) относительно близких размеров. Извергаемые из них потоки звездного ветра направлены во все стороны, и практически уравновешивают действие друг друга. Вращение галактики определяется небольшой величиной преобладания суммарного действия потоков в определенных направлениях.

Различные компоненты спиральных галактик имеют разные скорости вращения. Медленнее всего вращается звездный балдж и звездное гало, т.к. они обладают большой массой, и на их раскрутку тратятся большие запасы энергии звездного ветра. Звезды и газ в рукавах галактического диска вращаются быстрее, потому что движутся в одном направлении с высокоскоростным потоком звездного ветра.

Медленное вращение неправильных галактик - следствие их неправильной формы, низкой скорости извергающихся из жерл потоков звездного ветра и малой массы.

Таким образом, предложена гипотеза, объясняющая причины, механизм и характер скорости вращения и формы галактик и их рукавов, а также размеры диска спиральных галактик.

ЛИТЕРАТУРА

1 Галактические нити вращаются – это знание меняет представления ученых о космосе. [Электронный ресурс]. – URL: [дата обращения 18.07.2022].

2 Модифицированная ньютоновская динамика. [Электронный ресурс]. – URL: https://ru.wikipedia.org/wiki [дата обращения 15.07.2022].

3 Кинематика галактик. [Электронный ресурс]. – URL: [дата обращения 15.07.2022].

4 Ученые: высокая скорость вращения "сплющивает" спиральные галактики. [Электронный ресурс]. – URL: https://ria.ru/20140228/997428322.html [дата обращения 15.07.2022].