Поиск публикаций  |  Научные конференции и семинары  |  Новости науки  |  Научная сеть
Новости науки - Комментарии ученых и экспертов, мнения, научные блоги
Реклама на проекте

Образование галактик с гало, шаровыми скоплениями и спутниками

Wednesday, 23 February, 22:02, don-beaver.livejournal.com
Посмотрите на эту космическую коллекцию:



Слева вверху – типичное шаровое скопление звезд. Идеальная симметрия, масса – от 10^4 до 10^6 масс солнца. Справа вверху – самое яркое местное скопление Майял II с массой 10^7 масс солнца, которое уже имеет признаки эллиптичности (поэтому ее можно считать и карликовой галактикой) и внутри у нее не неонка, а черная дыра в 2*10^4 солнечных масс. Слева внизу – типичная эллиптическая галактика. Однородная и медленно вращающаяся. У таких галактик большой разброс по массам и у всех – сверхмассивные черные дыры в центре. Справа внизу – линзовидная галактика, с газовым диском вокруг талии. Центры линзовидных и спиральных галактик (балджи) мало чем отличаются от эллиптических галактик. На следующей картинке - дальнейшее усложнение структурности галактик:



Галактика слева вверху, у которой балдж очень похож на эллиптическую галактику, но вокруг уже есть дисковая система, то ли со спиралями, то ли с кольцами. Справа вверху – классическая спиральная галактика, но у каждой такой галактики в центре всегда есть плотный балдж, похожий на эллиптическую галактику. Слева внизу – объект Хога: эллиптический балдж внутри и плоское кольцо снаружи. Справа внизу – галактика Cartwheel (Тележное колесо), открытая легендарным Цвикки, и в которой есть удивительные спицы между ободом и центром. Обод не представляет собой бегущую волну, а стабильно вращается, может с очень небольшим расширением. Обратим внимание на пару галактик-спутников рядом с «Тележным колесом».

Итак, типичная галактика – это центральный эллиптический балдж с окружающим плоским диском (у эллиптических галактик его нет). Эта система погружена в темное сферическое гало, в котором движутся также яркие шаровые скопления (у Млечного Пути – около двухсот). Большую галактику сопровождают обычно карликовые галактики-спутники (у Млечного Пути – более двух десятков). Как возникла такая система?

В книге «Пульсирующая Вселенная» я сделал краткий обзор на эту тему и изложил механизм закономерности Талли-Фишера (масса галактики зависит от скорости движения звезд на ее краю в 4-ой степени). При этом я полагал, что закончил с научными статьями. Но мой соавтор настаивает на том, чтобы я написал отдельную статью про объяснение закона Талли-Фишера. Он считает эту тему слишком важной. Я согласился с ним, конечно, прицеливаясь только на западный журнал (хватит с меня журналов РАН, они слишком РАНят мое человеколюбие), и последние две недели активно занимался такой статьей. И ничуть не жалею. Многое прояснилось (добавилось объяснение соотношения Фабер-Джексона для эллиптических галактик, а также М-сигма закономерности) и выстроился логичный и простой сценарий, который охватывает все основные закономерности образования галактик. Итак:

1. Известно, что 380 тыс. лет после Большого Взрыва: очень однородная плазма охладилась до 3000 градусов и превратилась в водород. Электромагнитное излучение вырвалось на свободу (мы его сейчас наблюдаем, как реликтовое излучение с температурой около 3 кельвинов), а вещество, которое состояло на 15% из водорода и гелия, а на 85% из темной материи, распалось под действием гравитационной неустойчивости Джинса (с длиной волны в 50 световых лет) на сферические облака с массой в 10^5 масс Солнца. Они были одинаковы, словно изготовлены на конвейере, и характерное время их сжатия составляло 2 миллиона лет. Вот тут начинается наша модель, которая гласит, что очень небольшая часть облаков была особенной, ведь темная материя состоит из черных дыр, которые имеют распределение по размерам, где встречаются очень крупные дыры.


2. На последнем рисунке показаны волны, растущие из-за неустойчивости Джинса. Обычно, такая волна дает через несколько миллионов лет компактное (полагаю, около 10 световых лет) скопление с массой в 10^5 масс Солнца из смеси черных дыр и газа. Типичная масса черных дыр в таком обычном протоскоплении (обозначим его цифрой 1) составляет около 5 масс солнца, а максимальная масса черных дыр обычно не превосходит сотню масс солнца. Но примерно в одном из 10 тысяч скоплений есть черная дыра с массой в 10^3 - 10^4 масс солнца. Это не меняет массу скопления или скорость его сжатия, но это качественно поднимает сечение рассеяния черных дыр, потому что одна дыра промежуточной массы превосходит по площади все остальные в сумме.

3. Еще реже в протооблаках встречается более массивные черные дыры с 10^4 - 10^5 масс солнца. Они не только обладают огромным сечением, но и заметно меняют массу облака и заставляя его сжиматься быстрее. Следовательно, пока остальные облака будут неспешно коллапсировать, такие дыры сформируют вокруг себя плотный диск и начнут им жадно загребать газ из окружающей среды.

4. Если дыра была еще массивнее, то она очень быстро сожмет вокруг себя облако и сформирует огромный аккреционный диск, который позволит набрать массу достаточную для образования галактики. Напомним, что плотность газа с расширением Вселенной быстро падает, поэтому тот, кто быстрее всех приступит к сбору материала для формирования, то и выиграет – станет настоящей галактикой.

5. Вот как эволюционируют все четыре класса протоструктур со временем:

- протоскопления 1, пролетая через диск или эллипсоид растущей галактики, теряют при взаимодействии с газом галактики свой газовый компонент, который присоединяется к эллипсоиду (1D) или к диску при попутном соударении (1C) или к центральному балджу, при встречном соударении (1B), когда момент газа значительно потерян. Скопление черных дыр не может удержать свой газ, но само оно сохраняет стабильность и, получив некоторый тормозящий импульс, выходит в виде темного скопления (1A) на эллиптическую орбиту в темное гало галактики.

- протоскопления 2, обладая достаточно массивной дырой, вокруг которой формируется диск, могут терять периферийный газ, но сохраняют и приумножают (при систематических пролетах через диск или балдж галактики) свою газовую компоненту в центре, в результате чего формируется яркое шаровое скопление 2A, которое может на порядок превосходить массу протоскопления 2. Масса шарового скопления будет пропорциональна массе центральной дыры, но все шаровые скопления в центральной части будут обладать примерно одинаковыми кластерами из древних черных дыр звездных масс.

- протогалактика 3 набирает свою массу быстрее, чем шаровое скопление, оказывается ярче его и приобретает заметную эллиптичность (3A). Такие карликовые галактики часто становятся спутниками более крупных галактик.

- протогалактики 4 увеличивают свою массу или с помощью трехмерной аккреции, что приводит к образованию эллиптической галактики, или при двумерной аккреции, что дает дисковую систему с центральным балджем. При определенных условиях, эти два типа аккреции могут идти одновременно: двумерная аккреция на внешний диск, и трехмерная – на внутренний балдж. Тогда и возникают объекты Хога. Галактика «Тележное колесо», полагаю, возникла аналогично, но потом, из-за соседних галактик-спутников, она подверглась «бомбардировке» большими облаками газа, которые двигались навстречу вращению внешнего кольца. Столкновение встречного облака с кольцом вызывало интенсивное звездообразование в кольце и формирование газового сгустка с низким угловым моментом, который «сыпался» внутрь – к центру галактики. Вот как образовались эти «спицы». Эта галактика мне напоминает марсианский кратер Виктория, у которого части кратерного кольца разрушаются и осыпаются внутрь.


Это достаточно глубокая аналогия, если учесть, что галактика тоже сидит в потенциальной яме, и внешний обод Тележного колеса при торможении обязан сыпаться вниз. Обратите внимание, что напротив спиц наблюдаются провалы во внешнем ободе (указаны красными стрелками). Насчет «Тележного колеса» - это лишь моя гипотеза, но она мне нравится, и я ее упомяну в книге. А все остальное сказанное выше представляется мне очень убедительным. Становится понятно, что темные скопления черных дыр в гало – это не нечто гипотетическое и маловероятное, а совершенно закономерное. Я уточнил оценки их наблюдения с помощью гравитационного линзирования и получил всего 2%. То есть, широко обсуждаемые «линзовые» ограничения на темную материю из черных дыр оказываются мимо кассы.

Вот такие космические пироги с «черникой» из черных дыр!
Читать полную новость с источника 

Комментарии (0)