ساختار مارپیچی ماده مجهول مادهٔ مادهٔ ستارهای.6:
ساختار مارپیچی (p10)
- تأثیر پارامترهای مختلف.
همانطور که قبلاً اشاره شد، مقادیر پارامترها بسیار حساس هستند. اگر از این مقادیر بیش از حد فاصله بگیریم، ساختار مارپیچی دیگر ظاهر نخواهد شد. تعادلی برقرار نخواهد شد. ما تلاش کردیم چندین شبیهسازی را در اطراف این تنظیمات بهینه انجام دهیم. اجازه دهید تجربه تجربی خود را در اینجا خلاصه کنیم:
-
فرکانس اپیسیکلی تعداد بازوها را تعیین میکند. مقدار w = 1 ساختار دو بازویی را نشان میدهد، در حالی که w = 2 چهار بازو را ایجاد میکند. وقتی این مقدار بین دو عدد صحیح قرار میگیرد، ساختار مارپیچی بسیار نامطمئن میشود.
-
نسبت جرم منفی به مثبت m، انحنای بازوها را کنترل میکند. ساختار مثال قبلی مربوط به m = 3 است.
زیر m = 3، هالا ناپایدار میشود و قبل از ظهور ساختار مارپیچی، توزیع میشود. این بدان معناست که فرآیندهای تلفاتی (احتكاك دینامیکی) ماده مثبت را گرم میکنند و این ماده از طریق هالا فرار میکند.
برای مقادیر بالاتر از 3، کهکشان به تدریج بیشتر و بیشتر فشرده میشود. تا حدود 5، یک سیستم چرخدار ظاهر میشود. یک ساختار مارپیچی میلهای این ساختار را کامل میکند. برای نسبت جرم بالاتر، کلاستر تحت فشار بیش از حد قرار میگیرد و به نظر میرسد ساختار مارپیچی قابل اجرا نباشد (اما، همانطور که قبلاً اشاره شد، این ممکن است یک اثر مصنوعی باشد که ناشی از تعداد نسبتاً کم نقاط است).
طرحهای مختلف کهکشانی در شکل 15 نسبت به نسبت جرم رسم شدهاند. تأثیر پارامترها و (مربوط به سرعتهای گرمایی) مورد بررسی قرار نگرفته است.
شکل 17: طرح کلی گراند دیزاین در مقابل نسبت جرم.
- نتیجهگیری.
این نتایج جالب به نظر میرسند، اما باید به دلایل متعددی محتاط باشیم. اول از همه، ما با شبیهسازیهای دو بعدی سر و کار داریم، نه سه بعدی. به طور دقیق، این شبیهسازی رفتار نقاط جرمی که در یک صفحه قرار دارند و در میدان گرانشی خود قرار دارند را توصیف نمیکند، بلکه رفتار "رشتهها" را که از طریق نیروهای گرانشی (و ضد گرانشی) تعامل دارند، نشان میدهد. این ناشی از شکل معادله پواسون (36) است که به یک محیط سه بعدی اشاره دارد. تنها چیزی که میتوانیم امیدوار باشیم این است که شبیهسازیهای کاملاً سه بعدی، که به سیستم صافی با حرکتهای z اعمال میشوند، نتایج مشابهی ارائه دهند.
فرض کنید این اتفاق بیفتد. این مدل یک مکانیسم جدید را پیشنهاد میکند که میتواند ساختار مارپیچی کهکشانها را به وجود آورد. ما دو حالت را مشاهده میکنیم. اول، اصطکاک دینامیکی هسته مرکزی را کند میکند. سپس فرآیند رزونانس گرانشی سیستم را به حرکت درمیآورد و بازوها به دلیل اثرات جزر و مد تشکیل میشوند. آنها به دلیل اثرات گرمایی مانند سایر مطالعات تلفاتی نمیشوند (هالای منفی به عنوان یک دیواره عمل میکند و از تلفات آنها جلوگیری میکند). این ساختارها در تعداد قابل توجهی دور (50) پایدار میمانند. در واقع، منشأ آنها کاملاً متفاوت است. ما میلهها، طرحهای چرخدار را مشاهده میکنیم. به نظر میرسد این راهی امیدوارکننده برای بررسی باشد.
از سوی دیگر، این "کهکشان دو بعدی" هیچ گازی ندارد. در واقع، از 10,000 "ستاره" یا "گروههای ستاره" تشکیل شده است. تعامل با مجموعه دوم 10,000 شیء (که ماهیت آنها مشخص نیست، تنها این معلوم است که جرم منفی دارند) یک اثر غیرخطی، الگوی مارپیچی ایجاد میکند. اگر بتوانیم در این سیستم گازی اضافه کنیم که جرم مثبت دارد (به اندازه یک مرتبه کمتر از جرم "ماده ستارهای": 10,000 شیء با جرم مثبت)، و عناصر آن دارای سرعت گرمایی پایینتری باشند، این گاز باید سریعتر بچرخد تا نیروی گرانشی را تعادل دهد و اثر ضعیف فشار خود را جبران کند. این گاز باید به میدان غیرهمگن ناشی از "مجموعه ستارهها" واکنش نشان دهد و ساختار مارپیچی را تقویت کند. اگر تفاوت سرعت بین گاز و ماده ستارهای در همه جا بزرگ باشد، این امر میتواند الگوی موج شوک مارپیچی را ایجاد کند که مشاهده میشود. اگر چنین برنامهای محقق شود، میتوانیم توصیفی واقعگرایانهتر از یک کهکشان به دست آوریم.
منابع
[1] PETIT J.P.: اثر جرم گمشده. Il Nuovo Cimento B جلد 109 تیر 1994، صفحات 697-710
[2] PETIT J.P. : کیهانشناسی جهان دوقلو. فیزیک ستارهای و فضای علمی، ..... (1995)، 35 صفحه، پذیرفته شده 8 فوریه 1995. به زودی منتشر خواهد شد (پیشچاپ پیوست شده)
[3] Infeld Phys.Rev. 68 (1945) صفحات 250-272
[4] Lévy-Leblond J.M. "آیا بیگ بانگ شروع شد؟" Ann. J. Phys. 58 (1990) صفحات 156-159
[5] Misner "زمان صفر مطلق" Phys. Rev. 186 (1969) صفحات 1328-1333
[6] Duke "اصل حداکثر و ناوردا بودن تحت تبدیل واحدها".Phys. Rev 125 (1961) صفحات 2163-2167
[7] B.Lindblad, Handbuch der Physik, 53, (1959) 21
[8] C.C. Lin و F.H.Shu : فیزیک ستارهای و نسبیت کلی، جلد 2، ناشر Gordon and Breach Sc. 1971، صفحه 235
[9] Toomree A. (1981) ساختار و دینامیک کهکشانهای عادی. انتشارات دانشگاه کمبریج، صفحه 111
[10] Toomree A. و Toomree J. (1972) Astrophys. J. 178، 623
[11] A.Toomree، Ann. Rev. Astronom. Astrophys. 15 (1977) 437
[12] E.Athanassoula : مارپیچهای و میلههای کناری که توسط همپیمان ایجاد میشوند. کنفرانس بینالمللی ستارهشناسی، نمایه 146 (1991)
[13] A.Toomree Astrophys. J. 158 (1969) 89
[14] R.H.Miller و B.F. Smith، Astrophys. J. 277 (1979) 785
[15] F. Hohl، Astrophys. Sp. Sc. 14 (1971) 91
[16] Holmberg E. (1941) Astrophys. J. 94، 385
[17] B. Sundelius و K.J. Donner : کهکشانهای تعاملی، دینامیک کهکشانهای دیسکی (1991)، ویرایش Sundelius، صفحه 195
[18] S. Engström : سرعت ویژگیها در شبیهسازیهای عددی، دینامیک کهکشانهای دیسکی (1991)، ویرایش Sundelius، صفحه 332
[19] A.Toomree Ann. Rev. Astron. Astrophys. 15 (1977) 437.
[20] S.Chapman و T.G. Cowling : نظریه ریاضی گازهای غیریکنواخت. انتشارات دانشگاه کمبریج (1970)
[21] R.Adler، M.Bazin و M.Schiffer : مقدمهای بر نسبیت کلی. Mc Graw Hill 1975، صفحات 122-123
[22] J.P.Petit و P.Midy : ماده تاریک دافع. فیزیک هندسی A، 3، مارس 1998.
تشکر و قدردانی :
این کار توسط CNRS فرانسه و شرکت A. Dreyer Brevets et Développement حمایت میشود. در سال 1998 در پوشه بسته به آکادمی علوم پاریس ثبت شد.
نظرات.
این کار در سال 1994 انجام شد. تنها به دلیل دسترسی فردریک لاندشیت، که در آن زمان دانشجوی مرکز آلمانی فیزیک ذرات آلمانی DAISY بود، ممکن شد. کار به صورت کاملاً مخفی انجام شد. وقتی که پس از دفاع از پایاننامه خود در مورد سیستمهای جمعآوری دادهها، او به یک مرکز دیگر منتقل شد، این فعالیت متوقف شد. از آن تاریخ به بعد هیچ کار تکمیلی انجام نشده و ما نتوانستهایم محققان فرانسوی که از امکانات محاسباتی مناسب برخوردار بودند، به این موضوع تحقیقاتی جذب کنیم.
اگر یک تیم، در فرانسه یا خارج از آن، بخواهد این مطالعات کاوشگرانه را دوباره آغاز کند، ما بسیار خوشحال خواهیم شد. این مقاله به بسیاری از مجلات داوری شده ارائه شد و در هر بار همراه با فیلمی که تولد کهکشان میلهای را نشان میداد، اما هیچ کدام آن را به داوری نفرستادند و تنها پاسخهای استانداردی مانند:
- متاسفانه ما کارهای تخصصی را منتشر نمیکنیم.
دریافت کردند. این مقاله تنها یک طرح بسیار ساده است. یک کهکشان به هیچ وجه یک سیستم قابل کاهش به یک جمعیت تکنوعی از نقاط جرمی نیست. علاوه بر این، پدیده ساختار مارپیچی کل کهکشان را تحت تأثیر قرار نمیدهد، بلکه به طور اصلی گاز بینستارهای را تحت تأثیر قرار میدهد و جمعیت I به این پدیده بسیار کمتر حساس است. بنابراین باید شبیهسازیهایی با دو جمعیت انجام داد تا کهکشان را به درستی توصیف کنیم. همچنین لازم است که کهکشان را به شکلی نمایش دهیم که اگر این مدل معتبر باشد، ماده مجهول آن را محدود کند، یعنی به صورتی که اطراف آن ماده دافع و نسبتاً گرم باشد.
پارامترهایی که شرایط اولیه را تنظیم میکنند، بسیار زیاد هستند. نسبت چگالیهای متوسط، سرعت اغتشاش در دو محیط، پروفیل چگالی در کهکشان، پروفیل سرعتها. انتقال به حالت سه بعدی مشکل قدرت سیستمهای فعلی را به وجود میآورد که کافی نیست.
چه چیزی از چنین مطالعهای باید حفظ شود؟
-
یک سناریوی تشکیل کهکشانهای مارپیچی، که در آن پدیده دائمی است و "موقت" نیست، در مقابل نظریه فرانسوی فرانسوا کومب که این پدیده را موقت میداند. ساختاری که به سرعت تشکیل میشود، احتمالاً همزمان با تولد خود کهکشان.
-
پایداری این ساختار در تعداد زیادی دور. میدانیم که مدلهای دیگر با مشکل حفظ این ساختار مارپیچی مواجه میشوند. این یک پدیده تلفاتی است، چه در مرحله اولیه که به اصطکاک دینامیکی شباهت دارد و چه در مرحله بعدی که تحت تأثیر جزر و مد است. در مرحله اول، که در آن کاهش سرعت اتفاق میافتد، لحظه حرکتی از دست رفته توسط کهکشان به ماده مجهول اطراف منتقل میشود. سپس این انتقال بسیار کم میماند.
-
حضور ماده مجهول به عنوان یک دیواره پتانسیل در اطراف، جایی که قدرت دافع آن بیشترین است (مانند محدود کردن کهکشان، که امکان سرعتهای بالای محیطی را میدهد، مطالعه "ماده تاریک دافع"، فیزیک هندسی A، 3). این میتواند توضیح دهد چرا نقاط جرمی که توسط فرآیند تلفاتی شتاب گرفتهاند، فرار نمیکنند.
-
جالب است که متوجه شویم که با تغییر کمی شرایط اولیه (به ویژه نسبت جرمهای مربوطه)، ساختار مارپیچی به سمت نوعی چرخ میلهای تکامل مییابد که در مشاهدات کهکشانها شایع است.
-
در مطالعات بعدی، ما اثرات تغییرات همزمان متریکها را بررسی خواهیم کرد که باعث تغییر نسبت جرمهای ظاهری دو گونه میشود. وقتی جرم ظاهری ماده مجهول کاهش مییابد، محدود کردن تحت تأثیر قرار میگیرد و کهکشان از هم پاشیده میشود. ما این پدیده را در سال 1994 شبیه