spiraalstructuur

Ghost matter-astrophysica.6:

Spiraalstructuur.(p10)

10. Impact van de verschillende parameters.

Zoals eerder vermeld, zijn de waarden van de parameters scherp. Gaat men er te ver van af, dan zal de spiraalstructuur niet meer verschijnen. Er zal geen evenwicht worden bereikt. We hebben geprobeerd verschillende simulaties rond deze optimale instellingen te berekenen. Laten we hier onze empirische ervaring samenvatten:

• De epicyclische frequentie bepaalt het aantal armen. Een waarde w = 1 geeft een structuur met twee armen, terwijl = 2 vier armen geeft. Wanneer deze tussen twee gehele getallen ligt, wordt de spiraalstructuur zeer onzeker.

• De verhouding van negatieve tot positieve massa m bepaalt de kromming van de armen. De structuur van het vorige voorbeeld komt overeen met = 3.

Onder = 3 is de halo onstabiel en dissipeert voordat een spiraalstructuur verschijnt. Dit betekent dat het dissipatieve proces (dynamische wrijving) de positieve materie verhit, die via de halo ontsnapt.

Bij waarden boven 3 zal de melkweg steeds compacter worden. Rond vijf verschijnt een stuurwiel. Een balkspiraal completeert deze structuur. Bij hogere massaverhoudingen m staat het cluster te veel onder druk en lijkt geen spiraalstructuur levensvatbaar (maar zoals eerder opgemerkt zou dit een artefact kunnen zijn door het relatief lage aantal punten).

De verschillende melkwegschema's zijn getekend in figuur 15, tegen de massaverhouding. De invloeden van de parameters en (gerelateerd aan de thermische snelheden) zijn niet onderzocht.

Fig. 17: Schematisch grand design tegen massaverhouding .

11. Conclusie.

Deze resultaten lijken interessant, maar we moeten om verschillende redenen bescheiden zijn. Allereerst hebben we te maken met 2d-simulaties, niet met 3d-simulaties. Strikt genomen beschrijft dit niet het gedrag van massapunten, gelegen in een vlak, ingebed in hun eigen gravitatieveld, maar het gedrag van "snaren" die via gravitationele (en anti-gravitationele) krachten op elkaar inwerken. Dit komt door de vorm van de Poisson-vergelijking (36), die verwijst naar een driedimensionaal medium. We kunnen alleen hopen dat volledig 3d-simulaties, toegepast op een plat systeem, met z-bewegingen, vergelijkbare resultaten zouden opleveren.

Stel dat dit zo zou zijn. Dit model suggereert een nieuw mechanisme dat de spiraalstructuur van de melkwegen zou aandrijven. We vinden twee regimes. Eerst vertraagt een dynamische wrijving de centrale kern. Dan drijft een gravitationeel resonantieproces het systeem aan en vormen zich armen, door getijde-effecten. Ze dissiperen niet door thermische effecten, zoals in andere werken (de negatieve halo werkt als een barrière en voorkomt hun dissipatie). Deze structuren blijven stabiel gedurende een indrukwekkend aantal omwentelingen (50). In feite is hun oorsprong heel anders. We vinden balksystemen, stuurwielontwerpen. Het lijkt een veelbelovende weg om te verkennen.

Aan de andere kant bezit deze "2d-melkweg" geen gas. In principe bestaat hij uit 10.000 "sterren" of "sterrengroepen". De interactie met de tweede set van 10.000 objecten (wiens aard niet is gepreciseerd, behalve dat ze een negatieve massa bezitten) levert een niet-lineair effect, een spiraalpatroon. Als we wat gas aan dit systeem zouden kunnen toevoegen, met een positieve massa (een orde van grootte lager dan de massa van het "stellaire materiaal": 10.000 objecten met positieve massa), en waarvan de elementen een lagere thermische snelheid zouden bezitten, zou dit gas sneller moeten roteren om de gravitatiekracht in evenwicht te brengen en de zwakte van het effect van zijn eigen drukkracht te compenseren. Dit gas zou moeten reageren op het niet-homogene veld, veroorzaakt door de "set sterren", en de spiraalstructuur versterken. Als het snelheidscontrast tussen het gas en het stellaire materiaal overal groot zou zijn, zou dit spiraalschokgolfpatronen moeten produceren, zoals waargenomen. Als een dergelijk programma zou kunnen worden gerealiseerd, zouden we een realistischer beschrijving van een melkweg kunnen krijgen.

Referenties

[1] PETIT J.P.: The missing mass effect. Il Nuovo Cimento B Vol. 109 juli 1994, pp. 697-710
[2] PETIT J.P. : Twin Universe Cosmology. Astrophysics and Space Science ,.....(1995), 35 pagina's, aanvaard 8 feb. 1995. Binnenkort te publiceren (preprint bijgevoegd)
[3] Infeld Phys.Rev. 68 (1945) pp. 250-272
[4] Lévy-Leblond J.M. "Did the Big Bang begin ? " Ann. J. Phys. 58 (1990) pp. 156-159
[5] Misner "Absolute zero time" Phys. Rev. 186 (1969) pp. 1328 1333
[6] Duke "Maximum principle and invariance under transformation of units".Phys. Rev 125 (1961) pp. 2163-2167
[7] B.Lindblad, Handbuch der Physik, 53, (1959) 21
[8] C.C. Lin and F.H.Shu : Astrophysics and Gen. Relat. Vol.2 Gordon and Breach Sc. Publ. 1971, p. 235
[9] Toomree A. (1981) The structure and dynamics of normal galaxies. Cambridge University Press, p.111
[10] Toomree A. and Toomree J. (1972) Astrophys. J. 178, 623
[11] A.Toomree, Ann. Rev. Astronom. Astrophys. 15 (1977) 437
[12] E.Athanassoula : Companion driven spirals and bars. International Astronomic Union. Symposium n° 146 (1991)
[13] A.Toomree Astrophys. J. 158 (1969) 89
[14] R.H.Miller and 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 and K.J. Donner : Interaction galaxies, Dynamics of Disk Galaxies (1991) Sundelius ed. p. 195
[18] S. Engström : Feature velocitys in numerical simulations. , Dynamics of Disk Galaxies (1991) Sundelius ed.p. 332
[19] A.Toomree Ann. Rev. Astron. Astrophys. 15 (1977) 437.
[20] S.Chapman and T.G. Cowling : The mathematical theory of non-uniform gases. Cambridge University Press (1970)
[21] R.Adler , M.Bazin & M.Schiffer : Introduction to general relativity. Mc Graw Hill 1975 p. 122-123
[22] J.P.Petit and P.Midy : Repulsive dark matter. Goemetrical Physics A , 3 , maart 1998.

Dankbetuigingen :

Dit werk wordt ondersteund door het Franse CNRS en door het bedrijf A. Dreyer Brevets et Développement.

Nedergelegd onder verzegelde omslag bij de Académie des Sciences de Paris, 1998.

Commentaren.

Dit werk dateert uit 1994. Het werd alleen mogelijk gemaakt doordat Frédéric Landsheat, die toen student was aan het Duitse centrum voor deeltjesfysica DAISY, toegang had tot een groot systeem. Het werd volledig clandestien uitgevoerd. Toen hij, na zijn proefschrift over gegevensverwervingssystemen te hebben verdedigd, naar een ander centrum ging, werd deze activiteit onderbroken. Sinds die datum is geen aanvullend werk verricht en zijn we er niet in geslaagd Franse onderzoekers, die over de nodige rekenmiddelen beschikken, voor dit onderzoeksthema te interesseren.

Als een team, in Frankrijk of in het buitenland, deze verkennende studies zou willen hervatten, zouden we daar zeer verheugd over zijn. Dit werk werd aan talrijke peer-reviewed publicatietijdschriften voorgelegd, telkens vergezeld van de film die de geboorte van de balkspiraal toont, toch zeer suggestief. Maar geen enkel legde het aan een referee voor, en men volstond met stereotiepe antwoorden van het type:

• Sorry, we don't publish speculative works.

Deze poging is slechts een zeer ruwe schets. Een melkweg is, in tegenstelling tot wat men zou denken, geen systeem dat tot één enkele populatie massapunten kan worden herleid. Bovendien treft het verschijnsel van de spiraalstructuur niet de gehele melkweg, maar hoofdzakelijk het interstellaire gas, waarbij populatie I veel minder gevoelig is voor het verschijnsel. Men zou dus simulaties moeten overwegen met twee populaties, die de melkweg zelf beschrijven. Het zou ook nodig zijn de melkweg voor te stellen zoals zijn opsluiting door de ghost matter, als dit model geldig is, zich voordoet, dat wil zeggen omringd door afstotende en relatief warme materie.

De parameters die de beginvoorwaarden moduleren zijn talrijk. Verhouding van gemiddelde dichtheden, agitatie snelheid in beide media, dichtheidsprofiel in de melkweg, snelheidsprofiel. De overgang naar 3d stelt het probleem van de kracht van de huidige systemen, die onvoldoende is.

Wat moet men uit een dergelijke studie onthouden?

• Een scenario voor de vorming van spiraalvormige melkwegen, waarbij het verschijnsel dan permanent is en niet "transient", zoals in de theorie van de Française Françoise Combe. Een structuur die zich vrij snel zou vormen, waarschijnlijk al vanaf de geboorte van de melkweg.

• Het voortbestaan van een dergelijke structuur gedurende een groot aantal omwentelingen. Men weet dat de andere modellen op de moeilijkheid stuiten deze spiraalstructuur in stand te houden. Het gaat om een dissipatief verschijnsel, hetzij in de beginfase, die aan een dynamische wrijving doet denken, hetzij in de volgende fase, gedomineerd door getijde-effecten. Tijdens de afremming die in de eerste fase optreedt, wordt het impulsmoment dat de melkweg verliest, overgedragen aan de omringende ghost matter. Daarna blijft deze overdracht minimaal.

• De aanwezigheid van de ghost matter vormt een potentiële barrière aan de periferie, daar waar haar afstotende werking het sterkst is (zoals bij de opsluiting van de melkweg, die overmatige periheelsnelheden mogelijk maakt, zie artikel Repulsive dark matter, Geometrical Physics A, 3). Dit zou de niet-ontsnapping kunnen verklaren van de massapunten die door het dissipatieve proces worden versneld.

• Het is interessant op te merken dat men door de beginvoorwaarden enigszins te variëren (in het bijzonder de verhouding van de betrokken massa's) de spiraalstructuur ziet evolueren naar een soort van balksysteem, typisch in de waarnemingen van melkwegen.

• In latere werken zullen we de effecten bestuderen van gelijktijdige fluctuaties van de metrieken, die als effect hebben de verhouding van de schijnbare massa's van beide soorten te wijzigen. Wanneer de schijnbare massa van de ghost matter afneemt, wordt de opsluiting aangetast en valt de melkweg uiteen. We hebben dit verschijnsel in 1994 gesimuleerd en beelden van onregelmatige melkwegen verkregen (maar men kan niet zeggen dat er een "onregelmatig melkwegtype" bestaat). Een toename van de schijnbare massa van de ghost matter, waarvan het ons lijkt dat ze verantwoordelijk kan worden gesteld voor de QSO-verschijnselen en Syfert-melkwegen, door haar werking op het interstellaire gas, zou ook, als ze lang genoeg aanhoudt, de "balksystemen" in spiraalvormige melkwegen kunnen omvormen, waarbij de armen als het ware "zich ontvouwen".

Het is jammer dat zulke boeiende onderzoeken, die talrijke proefschriftonderwerpen zouden kunnen opleveren, aldus aan hun lot worden overgelaten.