Фундаментальные физич. идеи - Джеты

Продолжаю публикацию серии фундаментальных физических идей в форме гипотез, доказать либо опровергнуть, развить или даже точно сформулировать которые у меня сейчас НЕ ХВАТАЕТ ЗНАНИЙ и до конца жизни навряд ли я такие знания, умения, навыки приобрету. Тем не менее, осуществить эти идеи для науки было бы весьма желательно. Поэтому приглашаю всех желающих развить эти идеи до их теоретического или экспериментального осуществления - либо опровержения. Нобелевку за это, чур, пополам.

Гипотеза - это обоснованное предположение.

УДК 530.1+537.533.9+523.98+530.145

ГИПОТЕЗА О ГРАВИТАЦИОННО-ТУННЕЛЬНОЙ ПРИРОДЕ НЕПАРНЫХ И ПАРНЫХ ДЖЕТОВ И ПРЕДСКАЗАНИЕ МНОЖЕСТВЕННЫХ ДЖЕТОВ

1. ЧТО ТАКОЕ ДЖЕТЫ И С ЧЕМ ИХ ЕДЯТ

Джеты (струи) - релятивистские узконаправленные потоки высокоэнергетической плазмы из центров активных галактик, квазаров, молодых звёзд (объектов Хербига-Аро), гипотетических чёрных дыр. Общепринятый механизм их формирования: материя, падающая на чёрную дыру, образует аккреционный диск, где магнитные поля ускоряют плазму вдоль оси вращения (эффект Бландфорда-Знаека-Пейна). Джеты ОБЫЧНО образуются парами, направленными в противоположные стороны. Один джет, направленный ближе к наблюдателю, ярче и голубее из-за релятивистского эффекта Доплера , а контр-джет — тусклее и краснее.

2. ПРОБЛЕМА

Из соображений симметрии джеты магнитной природы должны быть парными, но это наблюдается не во всех случаях. Поэтому происхождение непарных джетов неясно.

3. ГРАВИТАЦИОННОЕ ТУННЕЛИРОВАНИЕ И ОТРАЖЕНИЕ

Туннельный эффект - подбарьерное квантовое прохождение частиц. Если прохождение вызвано негравитационным (и неакселерационным, вследствие принципа эквивалентности), то чем больше масса частицы, тем вероятность туннелирования меньше.

Если туннелирование вызвано гравитационным или акселерационным полем, то, напротив, чем больше масса частицы, тем вероятность туннелирования больше [1-9].

Известно также надбарьерное квантовое отражение частиц. Такое отражение возможно и в гравитационном поле, от переднего края потенциальной ямы. Такое отражение можно назвать "надъямным".

4. ГИПОТЕЗА

В начале 2000-х гг. А.В. Горшков и О.А. Украинцев выдвинули гипотезу, что непарные джеты могли быть вызваны гравитационным туннелированием вещества, окружающего сверхплотный источник, например, коллапсар (или гипотетическую чёрную дыру).

А именно, гравитационно-туннелирующая струя от "спутника-жертвы" коллапсара может не полностью поглотиться коллапсаром, а пройти вблизи ("сзади" по движению) коллапсара и ускориться в его гравитационном поле и за счёт добавления импульса при таком увлечении (аналогичный эффект используется для ускорения межпланетных аппаратов в гравитационном поле поле движущихся планет) приобрести (за счёт уменьшения импульса коллапсара) кинетическую энергию, достаточную для реального ухода на бесконечность с ненулевой скоростью (процесс легко моделируется вдали от коллапсара). Грубо говоря, если коллапсар не слишком велик по радиусу, то с вероятностью, близкой к единице, туннелировавшая от жертвы к коллапсару (потому что потенциальная яма коллапсара радикально глубже, чем у объекта-жертвы) струя "промахнётся" мимо коллапсара и со скоростью, весьма близкой к физически предельной (таковой считается пока скорость света в вакууме), рванёт вдаль от коллапсара уже в надбарьерном режиме. Это и наблюдают астрономы в виде струй вещества, мчащихся с субсветовой скоростью.

В тех же более редких случаях, когда гравитационно-туннельная струя из жертвы в коллапсар направлена (грубо говоря) "точно на коллапсар", то она обычно радикально шире, чем коллапсар, т.е. львиная доля её "обтечёт" коллапсар (и лишь малая часть её угодит на поверхность коллапсара). ЕСЛИ коллапсар подвижен, то с вероятностью, близкой к 1 (сравните поперечник струи из жертвы к коллапсару и поперечник коллапсара), струя после барьера приобретёт дополнительную (за счёт торможения коллапсара) скорость и будет вышвырнута вдаль надбарьерно с большой скоростью (сравните массы жертвы и коллапсара). А ЕСЛИ коллапсар чудесным образом неподвижен, то вследствие гравитационной фокусировки струи из жертвы на коллапсар струя "схлопнется" и (как и обычная кумулятивная струя образуется вследствие схлопывания под некоторым углом начальных струй вещества) породит "кумулятивную" относительно небольшую по массе струю со скоростью, во много раз превышающую начальную скорость туннелирующей струи; такая вторичная "кумулятивная" струя и в этом случае будет увидена нами в виде субсветового "джета".

От глубокой и резкой гравитационной потенциальной ямы коллапсара возможно с ненулевой вероятностью надбарьерное и даже надъямное отражение. Тогда, кроме прямого джета, может сформироваться и направленный точно в противоположную сторону от коллапсара обратный джет.

Итак, ЕСЛИ умеренно массивный объект ("жертва": планета, звезда и т.д.) оказывается вблизи весьма массивного коллапсара, то гравитационное поле коллапсара вследствие туннельного эффекта неминуемо превращает "жертву" из тихоходного почти шарика (широкого) в более тонкую туннельную (подбарьерную) струю, которая, оказавшись вскоре вблизи коллапсара, т.е. в гораздо более глубокой потенциальной яме, из-под барьера является и далее её движение за счёт законов сохранения энергии, импульса, момента импульса может быть пятияким.

1) ЕСЛИ струя обходит маленький в поперечнике массивный коллапасар "сзади" по его движению, то она ускоряется за счёт торможения коллапсара и вышвыривается вдаль надбарьерно с большой скоростью (даже субсветовой).
2) ЕСЛИ струя обходит коллапсар "спереди", то она тормозится и вскоре шлёпается на его поверхность, коллапсар "пожрал жертву".
3) ЕСЛИ струя обходит маленький по размерам коллапсар со всех сторон, то за счёт фокусировки туннелировавшей струи вещества из части его образуется кумулятивная струя с гораздо более высокой скоростью, надбарьерно покидающей коллапсар, остатки же струи низкоскоростные шлёпаются на поверхность.
4) ЕСЛИ коллапсар очень большой (типа слон, пожирающий моську), то струя от жертвы имеет хорошие шансы упасть на его поверхность.
5) С ненулевой вероятностью за счёт надъямного отражения формируется обратный джет.

5. СЛЕДСТВИЯ

Возможны редкие исключения при встрече двух похожих коллапсаров или сразу двух жертв с коллапсаром (две струи под разными углами, вовсе не 180 градусов, возможно, с обратными струями).

Вдали от коллапсара надбарьерная струя может, с одной стороны, собираться в "комочки" за счёт собственной гравитации (что мы и наблюдаем, по-видимому), с другой стороны, изредка вляпываться в случайно попавшиеся объекты.

Если такая струя врежется в газовую туманность, то неминуемо образование и свечение ударных волн в виде узкого конуса Маха. Светиться он обязан. Потому мы и видим хорошо светящуюся тонкую струю.

Гравитационные волны (по РТГ Логунова-Мествиришвили) при таких катаклизмах неминуемы.

Когда коллапсар взаимодействует с достаточно густой кучкой жертв, то мы можем увидеть даже серию джетов, исходящих из близких (вдоль траектории коллапсара; так его и обнаружить можно) "точек", с виду эта группа джетов будет похожа на ёжика или "африканские" косички "а-ля Ямайка". Было бы интересно увидеть такое предсказываемое. В "магнитной" теории образования джетов множественных быть не может.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В начале 21 века создана гипотеза о гравитационно-туннельном механизме возникновения джетов, объясняющая непарные и парные и предсказывающая множественные джеты. Гипотеза имеет следствия, которые можно наблюдать либо опровергнуть.

ЛИТЕРАТУРА

1. Горшков А.В., Сапожников А. (11 кл.) Эмиссия частиц, вызванная гравитационным полем. 1 с. Тезисы докладов лицеистов – участников 38-й открытой научно-практической конференции исследовательских работ "Творцы нового – мы !", г.Челябинск, апрель 2001 г.

2. Горшков А.В., Сапожников А. Эмиссия частиц, вызванная гравитационным полем. // Тезисы докладов 2-й международной конференции молодых учёных и студентов "Актуальные проблемы современной науки". 11-13.09.2001. Самара, СамГТУ. Естественные науки. Ч.1. Математика. Механика. Физика. Геология. С.120 //
http://povman.sstu.edu.ru/doci/c0101.rar , http://www.fml31.ru/newsite2/pages/gorshkov/Prob2001.doc , http://www.fml31.ru/newsite2/pages/gorshkov/mfti2002.doc

3. Украинцев О.А., Горшков А.В. Подбарьерное прохождение частиц под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений. // Труды 3-й международной конференции молодых учёных и студентов "Актуальные проблемы современной науки". 30.09.-02.10.2002. Самара, СамГТУ. Естественные науки. Ч.4-6. Физика. Химия. Науки о Земле. 2002. С.28. // См. также в Internet: http://povman.sstu.edu.ru/k31.html , http://www.fml31.ru/newsite2/pages/gorshkov/ukraincev.doc .

4. Олег Украинцев. Подбарьерное прохождение частиц под действием вытягивающего поля гравитации или ускорений. Октябрь 2002. (научн. рук. Горшков А.В.)
• 2-е место по секции общей и теоретической физики на 11-й Челябинской научно-практической конференции "Шаг в будущее", декабрь 2002;
5. • 1-е место на областной олимпиаде научно-технического творчества "Шаг в будущее" по секции физики; 29-31 января 2003.
6. • (На 5-й Международной научно-технической конференции школьников "Старт в науку", 1-6 апреля 2003 г., МФТИ, г.Долгопрудный, опубликовал статью, приглашен, но с докладом не участвовал по причине участия во Всероссийской олимпиаде по физике.)

7. Украинцев О.А. Гравитационное (акселерационное) туннелирование через гиперболический потенциальный барьер. (научн. рук. Горшков А.В.) //41-я международная научная студенческая конференция "Студент и научно-технический прогресс". Новосибирск. Секция "Физика: Физика ускорителей и элементарных частиц". 16 апреля 2003 г. ИЯФ СО РАН. С.171. http://www.nsu.ru/conf/issc/phys2.htm

8. Украинцев Олег. Tunnelling of Particles with Nonzero Mass Under Influence of Gravity and Acceleration. Honourable Mention Diploma in the 11-th International Competition "First Step to Nobel Prize in Physics", июнь 2003 г., Варшава. (научн. рук. Горшков А.В.) (Скачать статью на русском языке)

9. Украинцев О.А., Горшков А.В. Гравитационное (акселерационное) туннелирование через барьеры гиперболический и Тамма-Юкавы. http://www.fml31.ru/newsite2/pages/gorshkov/tammyuka.doc . // Труды 4-й международной конференции молодых учёных и студентов "Актуальные проблемы современной науки", секция "Физика". Самара, 10-12.09.2003 Части 4-7. С.32-35. http://povman.sstu.edu.ru

(07.02.2026)