מבנה ספירלי חומר נפש חומר אסטרופיזיקה.6:
מבנה ספירלי. (דף 10)
- השפעת הפרמטרים השונים.
כפי שנאמר קודם, ערכי הפרמטרים הם חדים. אם נלך רחוק מדי מהם, המבנה הספירלי לא יופיע יותר. לא ייווצר שיווי משקל. ניסינו לבצע מספר סימולציות סביב הגדרות אופטימליות אלו. נסכם כאן את החוויה החברתית שלנו:
-
התדירות האפיקיקלית מכריעה את מספר הזרועות. ערך w = 1 נותן מבנה עם שתי זרועות, בעוד = 2 נותן ארבע זרועות. כאשר הוא נמצא בין שני מספרים שלמים, המבנה הספירלי הופך מאוד לא יציב.
-
היחס בין המסה השלילית לחיובית m משלט על עקמומיות הזרועות. המבנה של הדוגמה הקודמת מתאים ל = 3.
למטה מ-3, ההלם אינו יציב ומתפזר לפני שהמבנה הספירלי מופיע. זה אומר שתהליכים דיסיפטיביים (חיכוך דינמי) מתחממים את החומר החיובי, שברור דרך ההלם.
עבור ערכים מעל 3, הגלקסיה תהפוך ליותר וריאטית. גלגל הנהג מופיע סביב 5. גלקסיה ספירלית עם זרועות משלימה את המבנה. עבור יחס מסות גבוה יותר, המאגר מוטל ללחץ מוגזם ולא נראה שמבנה ספירלי יכול להתקיים (אבל, כפי שנאמר קודם, ייתכן שזה אפקט של שגיאה עקב מספר נקודות נמוך יחסית).
הסיכומים השונים של הגלקסיות נשרטו בתרשים 15, לפי יחס המסה. לא נחקרו השפעות הפרמטרים וה (קשורים למהירות תרמית).
תמונה 17: עיצוב גלובלי ספירלי לעומת יחס מסה.
- סיכום.
התוצאות נראות מעניינות, אך עלינו להיות אדישים בגלל מספר סיבות. ראשית, אנו עוסקים בסימולציות דו-ממדיות, לא תלת-ממדיות. להגדרה מדויקת, זה לא מתאר את התנהגות נקודות מסה שנמצאות במשטח, מוטלות בשדה הכבידה העצמי שלהן, אלא את התנהגות "חבלים" שמתנגשים דרך כוחות כבידה (ושלילים). זה נובע מהצורה של משוואת פואסון (36), שמקשרת לאמצע תלת-ממדי. רק אפשר לקוות שסימולציות שלמות תלת-ממדיות, שמתאימות למערכת מישורית עם תנועות בכיוון z, יספקו תוצאות דומות.
נניח שזה יקרה. המודל מראה מנגנון חדש שעשוי להניע את המבנה הספירלי של הגלקסיות. אנו מוצאים שני מצבים. ראשית, חיכוך דינמי מאט את הגרעין המרכזי. לאחר מכן, תהליך רזונанс כבידי מוביל את המערכת וגורם ליצירת זרועות, בגלל אפקטים של מפלס. הם לא מתפזרים עקב אפקטים תרמליים, כמו במחקרים אחרים (ההלם השלילי פועל כמו חומה ומניע את התפוגה שלהם). המבנה נשאר יציב לאורך מספר גדול של סיבובים (50). למעשה, מקורו שונה מאוד. אנו מוצאים זרועות, עיצובים של גלגל הנהג. נראה שזה דרך מושלמת לחקור.
מצד שני, "הגלקסיה הדו-ממדית" הזו לא מכילה גז. בעיקרון, היא מורכבת מ-10,000 "כוכבים" או "קבוצות כוכבים". האינטראקציה עם הקבוצה השנייה של 10,000 עצמים (שצורתם לא מפורטת, אלא רק שיכולים להיות בעלי מסה שלילית) מגרמת אפקט לא ליניארי, תבנית ספירלית. אם נוכל להוסיף גז למערכת זו, שבעל מסה חיובית (סדר גודל נמוך יותר ממסת "החומר הכוכבי": 10,000 עצמים בעלי מסה חיובית), שרכיביו יישארו עם מהירות תרמית נמוכה, הגז יסתובב מהר יותר, כדי להחזיק את הכוח הכבידי ולשדר את חוסר הלחץ שלו. הגז יגיב לשדה לא אחיד שנוצר על ידי "קבוצת הכוכבים" ויתגביר את המבנה הספירלי. אם הבדל המהירות בין הגז לבין החומר הכוכבי יהיה גדול בכל מקום, זה ייצור דפוס של גלי שוק ספירליים, כפי שנצפת. אם תוכנית כזו תושלך, נוכל לקבל תיאור מדויק יותר של גלקסיה.
הערות
[1] PETIT J.P.: אפקט החוסר במסה. Il Nuovo Cimento B, כרך 109, יולי 1994, עמודים 697-710
[2] PETIT J.P.: קוסמולוגיה של עולמות זוגיים. אסטרופיזיקה ופיזיקת החלל, ..... (1995), 35 עמודים, התקבל 8 בפברואר 1995. יפורסמו בקרוב (הטיפוס מצורף)
[3] Infeld, Phys.Rev. 68 (1945), עמודים 250-272
[4] Lévy-Leblond J.M. "האם ה빅 בנג התחיל?" Ann. J. Phys. 58 (1990), עמודים 156-159
[5] Misner "זמן אפס מוחלט" Phys. Rev. 186 (1969), עמודים 1328-1333
[6] Duke "עקרון המכסימום והשמרות תחת תמורה של יחידות". Phys. Rev 125 (1961), עמודים 2163-2167
[7] B. Lindblad, Handbuch der Physik, 53, (1959), עמוד 21
[8] C.C. Lin ו-F.H. Shu: אסטרופיזיקה ותורת היחסות הכללית, כרך 2, Gordon and Breach Sc. Publ. 1971, עמוד 235
[9] Toomree A. (1981) מבנה וدينמיקה של גלקסיות נורמליות. מוסד אוניברסיטת קיימברידג', עמוד 111
[10] Toomree A. ו-Toomree J. (1972) Astrophys. J. 178, 623
[11] A. Toomree, Ann. Rev. Astronom. Astrophys. 15 (1977) 437
[12] E. Athanassoula: ספירלות וזרועות מובנות על ידי שותפים. סימפוזיון של האיחוד האסטרונומי הבינלאומי, מס' 146 (1991)
[13] A. Toomree, Astrophys. J. 158 (1969) 89
[14] R.H. Miller ו-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 ו-K.J. Donner: גלקסיות מתנגנות, דינמיקה של גלקסיות דיסק (1991), עורך Sundelius, עמוד 195
[18] S. Engström: מהירויות מאפיינים בסימולציות מספריות, דינמיקה של גלקסיות דיסק (1991), עורך Sundelius, עמוד 332
[19] A. Toomree, Ann. Rev. Astron. Astrophys. 15 (1977) 437
[20] S. Chapman ו-T.G. Cowling: התיאוריה המתמטית של גזים לא אחידים. הוצאת קיימברידג', (1970)
[21] R. Adler, M. Bazin & M. Schiffer: מבוא ליחסות כללית. Mc Graw Hill 1975, עמודים 122-123
[22] J.P. Petit ו-P. Midy: חומר כבידה דוחה. פיזיקה גאומטרית A, 3, מרץ 1998.
תודה :
העבודה תומכת על ידי ה- CNRS הצרפתי וחברת A. Dreyer Brevets et Développement. נשלחה במעטפה סגורה לアカデミー דה סיאנסס בפריז, 1998.
הערות.
העבודה נוצרה ב-1994. היא הייתה אפשרית רק בגלל שפרדריק לנדשטייט, שהיה אז סטודנט במרכז הגרמני לפיזיקת חלקיקים DAISY, היה מוסמך על מערכת גדולה. העבודה בוצעה באופן סודי לחלוטין. כשסיים את התזה שלו על מערכות איסוף נתונים, הוא עבר למרכז אחר, והפעילות הופסקה. לא בוצעה עבודה נוספת מאז, ולא הצלחנו למשוך את תשומת הלב של חוקרים צרפתיים בעלי יכולות חישוב מתאימות לנושא זה.
אם צוות, בצרפת או מחוץ לה, ירצה להחזיר את המחקר הזה, נשמח מאוד. העבודה נשלחה למספר רב של עיתונים עם דירוג, כל פעם עם הסרט שמציג את לידת הגלקסיה עם זרועות. למרות שהסרט היה מאוד מרגש, לא אחד מהם העביר את העבודה למבקר, ונתנו תשובות סטנדרטיות כמו:
- מצטערים, אנחנו לא מפרסמים עבודות ספקולטיביות.
הניסוי הזה הוא רק ניסוח גס מאוד. גלקסיה איננה, בהרבה מקרים, מערכת שיכולה להיעזר בקבוצה אחת של נקודות מסה. יתר על כן, הظاهرة של המבנה הספירלי אינה משפיעה על כל הגלקסיה, אלא בעיקר על הגז בין כוכבי, והאוכלוסייה I פחות מושפעת מהظاهرة. לכן, יש לשקול סימולציות עם שתי אוכלוסיות, שמתארות את הגלקסיה עצמה. כמו כן, חשוב להציג את הגלקסיה כפי שהיא מוגבלת על ידי החומר הנפשי, אם המודל נכון, כלומר מוקפת בחומר דוחה ויחסית חם.
הפרמטרים שמשפיעים על התנאים ההתחלתיים רבים. יחס בין צפיפויות ממוצעות, מהירות התנודות בשני הסביבות, תבנית הצפיפות בגלקסיה, תבנית המהירות. מעבר ל-3D מטיל את הבעיה של כוחו של מערכות מודרניות, שאינו מספיק.
מה צריך להישאר ממחקר כזה?
-
סצנה ליצירת גלקסיות ספירליות, הظاهرة הופכת ליציבה ולא "ממשית", כמו בתיאוריה של פרנץ-ז'וזף קומב. מבנה שמתגבש במהירות, ככל הנראה כבר בהתחלה של הגלקסיה.
-
המשך של מבנה כזה לאורך מספר גדול של סיבובים. ידוע שמודלים אחרים מתמודדים עם הקושי לשמור על המבנה הספירלי. זהו תהליך דיסיפטיבי, בין אם בפאזה הראשונית, שמשמעה חיכוך דינמי, או בפאזה הבאה, שמבוססת על אפקטים של מפלס. במהלך הפסקת התנועה בפאזה הראשונה, התנע הזוויתי שנאבד על ידי הגלקסיה עובר לחומר הנפשי הסביבתי. לאחר מכן, ההפצה נשארת מינימלית.
-
קיומו של החומר הנפשי יוצר חומה פוטנציאלית בקצוות, שם הכוח הדוחה שלו חזק ביותר (כמו בהגבלת הגלקסיה, שמאפשרת מהירויות גבוהות בקצוות, ראה מאמר "חומר כבידה דוחה", פיזיקה גאומטרית A, 3). זה יכול להסביר את אי הפליטה של נקודות מסה שמאוצות על ידי התהליך הדיסיפטיבי.
-
מעניין לשים לב לכך שבעוד שמשנים מעט את התנאים ההתחלתיים (במיוחד את יחס המסים המעורבים), נראה שהמבנה הספירלי מתקדם למשהו כמו גלגל עם זרועות, טיפוסי בזיהוי של גלקסיות.
-
במחקרים מאוחרים יותר נחקור את האפקט של שיבושים משותפים במטריקות, שמשפיעים על יחס המסים הظاهرة של שתי המינים. כאשר המסה הظاهرة של החומר הנפשי קטנה, ההגבלת מושפעת והגלקסיה מתרסקת. סימלנו את התופעה הזו ב-1994 וקיבלנו תמונות של גלקסיות לא מסודרות (אבל לא ניתן לומר שיש "גלקסיה לא מסודרת-סוג"). עלייה במסה הظاهرة של החומר הנפשי, שנדמה שיכול להיות אחראי על תופעות QSO וגלקסיות סיפרטי, בגלל הפעולה שלו על הגז בין כוכבי, עלולה גם, אם תימשך מספיק זמן, להפוך את "הגלגלים עם זרועות" לגלקסיות ספירליות, כך שהזרועות, ב某种程度, "מתפנות".
למרבה הצער, מחקרים כה מעניינים, שיכולים להפוך לנושא למספר רב של תזה, נמצאים כרגע בזניחה.
