спіральна структура

спіральна структура Матерія, позитивна матерія, астрофізика.6:

Спіральна структура. (с.10)

10. Вплив різних параметрів.

Як зазначалося раніше, значення параметрів дуже чутливі. Якщо відхилятися занадто далеко від них, спіральна структура більше не з'явиться. Рівновага не буде досягнута. Ми спробували провести кілька симуляцій навколо цих оптимальних налаштувань. Ось короткий підсумок нашого емпіричного досвіду:

• Епіциклічна частота визначає кількість рукавів. Значення w = 1 дає двохрукавну структуру, а w = 2 — чотирирукавну. Коли воно знаходиться між двома цілими числами, спіральна структура стає дуже невизначеною.

• Відношення негативної до позитивної маси m визначає кривизну рукавів. Структура попереднього прикладу відповідає значенню m = 3.

При m < 3 галактика є нестійкою і розсіюється до появи спіральної структури. Це означає, що дисипативні процеси (динамічне тертя) нагрівають позитивну матерію, яка виходить через гало.

При значеннях m > 3 галактика стає все більш компактною. Навколо m = 5 з'являється вигляд "рукоятки керма". Цю структуру завершує паличкоподібна спіраль. При ще більшому відношенні мас m кластер надто сильно стиснутий, і здається, що спіральна структура є неможливою (але, як вже зазначалося раніше, це може бути артефактом через досить низьку кількість точок).

Різні схеми галактик наведені на малюнку 15 залежно від відношення мас. Вплив параметрів і (пов'язаний з тепловими швидкостями) не досліджувався.

Мал. 17: Схематичне зображення великої спіралі в залежності від відношення мас.

11. Висновок.

Ці результати виглядають цікавими, але ми повинні бути смиренними з кількох причин. По-перше, ми маємо справу з двовимірними, а не тривимірними симуляціями. Строго кажучи, це не описує поведінку масових точок, розташованих у площині, у власному гравітаційному полі, а поведінку "стрічок", що взаємодіють через гравітаційні (і антигравітаційні) сили. Це випливає з форми рівняння Пуассона (36), що посилається на тривимірну середовище. Ми можемо лише сподіватися, що повністю тривимірні симуляції, застосовані до плоскої системи з z-рухами, дають схожі результати.

Припустимо, що це так. Ця модель пропонує новий механізм, що викликає спіральну структуру галактик. Ми виявили два режими. По-перше, динамічне тертя сповільнює центральну частину. Потім процес гравітаційного резонансу веде систему, і утворюються рукави через приливні ефекти. Вони не розсіюються через теплові ефекти, як у інших роботах (негативне гало діє як бар'єр і запобігає їх розсіюванню). Ці структури залишаються стабільними протягом дуже великої кількості обертів (50). Фактично, їх походження дуже відмінне. Ми бачимо паличкоподібні структури, "рукоятки керма". Здається, це перспективний шлях для досліджень.

З іншого боку, ця "2D галактика" не має газу. Вона складається з 10 000 "зоряних об'єктів" або "груп зірок". Взаємодія з другою групою з 10 000 об'єктів (природу яких не визначено, крім того, що вони мають негативну масу) створює нелінійний ефект — спіральну структуру. Якщо ми зможемо додати до цієї системи газ із позитивною масою (на порядок меншою, ніж маса "зоряного матеріалу": 10 000 об'єктів із позитивною масою), і якщо елементи цього газу матимуть нижчу теплову швидкість, то газ повинен обертатися швидше, щоб зрівноважити гравітаційну силу й компенсувати слабкість власного тиску. Цей газ повинен реагувати на неоднорідне поле, створене "групою зірок", і підсилювати спіральну структуру. Якщо контраст швидкостей між газом і зоряним матеріалом буде великим усюди, це призведе до утворення спіральних ударних хвиль, які спостерігаються. Якщо така програма буде реалізована, ми отримаємо більш реалістичне описання галактики.

Література

[1] PETIT J.P.: Ефект відсутності маси. Il Nuovo Cimento B, т. 109, липень 1994, с. 697–710
[2] PETIT J.P.: Космологія подвійної Всесвіту. Астрофізика і космічна наука, ..... (1995), 35 сторінок, прийнято 8 лютого 1995. Незабаром буде опубліковано (предпечатний варіант додано)
[3] Infeld Phys.Rev. 68 (1945) с. 250–272
[4] Lévy-Leblond J.M. "Чи почався Великий вибух?" Ann. J. Phys. 58 (1990) с. 156–159
[5] Misner "Абсолютний нуль часу" Phys. Rev. 186 (1969) с. 1328–1333
[6] Duke "Принцип максимуму і інваріантність щодо перетворення одиниць". Phys. Rev 125 (1961) с. 2163–2167
[7] B. Lindblad, Handbuch der Physik, 53, (1959) 21
[8] C.C. Lin і F.H. Shu: Астрофізика і загальна теорія відносності, т.2, Gordon and Breach Sc. Publ., 1971, с. 235
[9] Toomree A. (1981) Структура і динаміка звичайних галактик. Університет Кембриджа, с. 111
[10] Toomree A. і Toomree J. (1972) Astrophys. J. 178, 623
[11] A. Toomree, Ann. Rev. Astronom. Astrophys. 15 (1977) 437
[12] E. Athanassoula: Спіралі та паличкоподібні структури, збуджені співрозмірними об'єктами. Міжнародна астрономічна конференція, симпозіум №146 (1991)
[13] A. Toomree Astrophys. J. 158 (1969) 89
[14] R.H. Miller і 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 і K.J. Donner: Взаємодіючі галактики, Динаміка дископодібних галактик (1991), ред. Sundelius, с. 195
[18] S. Engström: Швидкості особливостей у числових симуляціях, Динаміка дископодібних галактик (1991), ред. Sundelius, с. 332
[19] A. Toomree Ann. Rev. Astron. Astrophys. 15 (1977) 437
[20] S. Chapman і T.G. Cowling: Математична теорія неоднорідних газів. Кембридж: Кембриджський університетський видавництво (1970)
[21] R. Adler, M. Bazin & M. Schiffer: Вступ до загальної теорії відносності. Mc Graw Hill 1975, с. 122–123
[22] J.P. Petit і P. Midy: Відштовхувальна темна матерія. Геометрична фізика A, 3, березень 1998.

Вдячність:

Ця робота підтримувалася французьким CNRS і компанією A. Dreyer Brevets et Développement. Подана у закритій конверті до Академії наук Парижа, 1998 р.

Коментарі.

Ця робота була виконана у 1994 році. Вона стала можливою лише тому, що Фредерік Ландштейт, який тоді був студентом німецького центру фізики частинок DAISY, мав доступ до потужної системи. Робота була виконана повністю в таємниці. Коли він захистив дисертацію з систем збору даних і перейшов до іншого центру, ця діяльність була припинена. З того часу ніяких додаткових робіт не було виконано, і нам не вдалося зацікавити французьких дослідників, які мають відповідні обчислювальні ресурси, цією темою досліджень.

Якщо команда, в Франції або за кордоном, захоче продовжити ці дослідницькі дослідження, ми будемо дуже щасливі. Цей експеримент був поданий до багатьох наукових журналів з рецензуванням, і кожного разу супроводжувався відеофільмом, що демонстрував народження паличкоподібної галактики, що дуже вражає. Але жоден з них не відправив його на рецензування, обмежившись стандартними відповідями типу:

• Вибачте, ми не публікуємо спекулятивні роботи.

Цей експеримент — лише груба ескіз. Галактика далеко не є системою, що зводиться до однієї популяції масових точок. Крім того, явище спіральної структури впливає не на всю галактику, а головним чином на міжзоряний газ, оскільки популяція I менш чутлива до цього явища. Тому слід розглядати симуляції з двома популяціями, що описують саму галактику. Також необхідно відобразити галактику так, як вона обмежена ghost-матерією, якщо ця модель є правильна, тобто оточена відштовхувальною та відносно гарячою матерією.

Параметри, що впливають на початкові умови, дуже багаті. Відношення середніх густин, швидкість хаотичного руху в двох середовищах, профілі густин у галактиці, профілі швидкостей. Перехід до 3D викликає проблему недостатньої потужності сучасних систем.

Що ж слід запам'ятати з такої дослідницької роботи?

• Сценарій формування спіральних галактик, коли явище є постійним, а не "транзитним", як у теорії французького вченого Франсуази Комбе. Структура утворюється дуже швидко, ймовірно, ще на самому початку існування галактики.

• Збереження такої структури протягом великої кількості обертів. Відомо, що інші моделі стикаються з труднощами у підтримці спіральної структури. Це дисипативний процес, незалежно від початкової фази, яка нагадує динамічне тертя, або наступної фази, що домінує приливні ефекти. Під час сповільнення у першій фазі кінетичний момент, втрачений галактикою, передається навколишній ghost-матерії. Потім цей перехід мінімальний.

• Наявність ghost-матерії створює потенційний бар'єр на периферії, де її відштовхувальна сила є найбільшою (як у випадку обмеження галактики, що дозволяє високі швидкості на периферії, див. статтю "Відштовхувальна темна матерія", Геометрична фізика A, 3). Це може пояснити, чому масові точки, прискорені дисипативним процесом, не виходять назовні.

• Цікаво, що при невеликих змінах початкових умов (особливо відношення мас, що беруть участь) спіральна структура еволюціонує до форми, схожої на "рукоятку керма", типової для спостережень галактик.

• У подальших роботах ми вивчимо вплив спільних флуктуацій метрик, що впливають на відношення ефективних мас двох видів. Коли ефективна маса ghost-матерії зменшується, обмеження стає порушеним, і галактика розпадається. Ми вже моделювали це явище у 1994 році і отримали зображення неправильних галактик (але не можна сказати, що існує "типова неправильна галактика"). Збільшення ефективної маси ghost-матерії, якщо воно може бути відповідальним за явища QSO та галактики Сейферта через її вплив на міжзоряний газ, може, якщо триватиме достатньо довго, перетворити "рукоятки керма" на спіральні галактики, при цьому рукави, як би, "розгортаються".

Незважаючи на те, що такі захоплюючі дослідження могли б стати основою для багатьох дисертацій, вони залишилися незавершеними.