Теория распада или теория конденсации? Часть1

Втр, 06/03/2014 - 20:48

— 3 —

Между звездными скоплениями, галактиками и скоплениями галактик существует красноречивая аналогия, свидетельствующая, во-первых, об общности процессов их формирования, во-вторых, — о разделении этих процессов или условий их протекания на два типа. Звездные скопления бывают шаровыми и рассеянными, галактики — эллиптическими и спиральными, скопления галактик — правильными и неправильными.

Шаровые скопления имеют форму шара и содержат от сотен тысяч до миллиона звезд, плотно расположенных в центре скопления и постепенно разрежающихся к его окраинам. Шаровые скопления — старые образования, состоящие из «красных» звезд; газопылевой материи в них почти нет.

Рассеянные скопления имеют неправильную, «рассеянную» форму и содержат от нескольких десятков до нескольких тысяч звезд. Рассеянные скопления — молодые образования, состоящие из «голубых» звезд и межзвездного газа.

Эллиптические галактики подобны шаровым скоплениям. Они имеют форму эллипса и состоят из шаровых скоплений и звезд, покинувших скопления. Газопылевой материи в них почти нет. Содержание тяжелых элементов в звездах тем больше, чем ближе звезды расположены к центру галактики. Это говорит о том, что в процессе эволюции протогалактики звездные скопления на периферии рождаются раньше центральных скоплений.

Спиральные галактики состоят из сферической и плоской подсистем. Сферическая подсистема отличается от эллиптической галактики только менее плотным расположением шаровых скоплений и звезд. Плоская подсистема имеет вид диска, погруженного в сферическую подсистему. Она состоит из газопылевой материи, рассеянных скоплений и звезд, покинувших скопления. Рассеянные скопления образуют группы, называемые звездными комплексами. По всей видимости, скопления, входящие в состав комплекса, образуются в результате эволюции общего прото-объекта.

Правильные скопления галактик подобны шаровым звездным скоплениям и эллиптическим галактикам. Они имеют сферическую форму и состоят из эллиптических галактик, плотность сосредоточения которых высока, особенно в центре скопления, где преобладают гигантские и сверхгигантские галактики.

Неправильные скопления галактик отличаются от правильных меньшей плотностью, не имеют явно выраженной формы и состоят из эллиптических и спиральных галактик. Эллиптические галактики концентрируются к центру, образуя подобие правильного скопления. В расположении спиральных галактик, которых в скоплении большинство, какой-либо закономерности не прослеживается.

Рассмотрим плоскую подсистему спиральной галактики более детально. Звезды диска вращаются вокруг центра галактики с различными угловыми скоростями, убывающими с расстоянием от центра. Спиральный же узор, образованный в основном облаками водорода и молодыми звездами, вращается как твердое тело: звезды, старея, покидают спиральные рукава, но к этому времени рождаются новые звезды, загадочным образом вписываясь в структуру вращающегося узора. Естественно предположить, что спиральные рукава — это волны повышенной плотности вещества, распространение которых не связано с переносом вещества, но стимулирует звездообразование. Возникающая отсюда теория все же не в состоянии объяснить все наблюдаемое разнообразие спиральных узоров. Считается, что причиной волн плотности является гравитационная неустойчивость. Но, одновременно, существуют и гравитационно-устойчивые спиральные галактики. Такими считаются галактики, спиральный узор которых размыт настолько, что не вписывается в волновую теорию. В этом случае возникновение узора объясняется эпидемическим звездообразованием: массивные звезды, взрываясь, стимулируют рождение новых звезд, в результате появляются протяженные очаги звездообразования, которые постепенно размываются дифференциальным вращением галактики. Кроме «рваных» узоров существуют и более замысловатые спиральные узоры, также не вписывающиеся в волновую теорию. Известны, например, спиральные галактики с двумя парами ветвей, закручивающимися в противоположных направлениях — т. е. одна пара закручивается по часовой стрелке, вторая — против.

Согласно бюраканской концепции, спиральные рукава образуются в результате выброса из ядра галактики газовых струй, содержащих дозвездное вещество, которое, продолжая дальнейший распад, порождает звездные скопления и диффузную материю. Детали этого процесса не ясны. Непонятно, например, каким образом тело, выброшенное из ядра, получает импульс для движения по орбите. В защиту гипотезы говорит аналогия с более мощными формами активности галактических ядер, о чем речь пойдет ниже. Предвестником бюраканской точки зрения на природу спиральных рукавов можно считать выдающегося английского астронома Дж. Джинса, который в 1928 году высказал предположение: «Спиральные галактики являются полем действия сил, полностью неизвестных нам, которые, возможно, отражают новые и неподозреваемые метрические свойства пространства. Напрашивается предположение, что центры галактик являются особыми точками, через которые в нашу Вселенную вливается вещество из каких-то других, совершенно чуждых нам пространственных измерений, проявляющих себя в нашей Вселенной как точки, в которых происходит непрерывное образование вещества». Сторонники волновой теории преподносят эти слова Джинса как иллюстрацию устаревших взглядов. Но, по сути, с тех пор вопрос о природе спиральных рукавов не получил удовлетворительного ответа. Волновая теория созрела из-за необходимости иметь хоть какое-то объяснение. Что же касается новых фактов, то они как раз связаны с открытием активности галактических ядер. Более того — зафиксировано истечение газа из ядер спиральных галактик; у самых активных из них газ вытекает со скоростью в несколько тысяч километров в секунду. В рамках классической концепции это истечение объясняется взаимодействием вещества с черной дырой, расположенной в центре галактики.

Известны случаи, когда конец одной из спиральных ветвей галактики упирается в галактику-спутник. Самый известный пример — галактика М 51 из созвездия Гончих Псов. Если такое соседство — результат сближения галактик, то процесс сближения должен отразиться на спиральном узоре, поскольку к первоначальной гравитационной неустойчивости, сформировавшей узор, присоединилась новая. На деле же узор не меняет своих очертаний, но распрямляется конец ветви, соединяющей галактику со спутником. Впрочем, в данном случае предположение о сближении галактик следует отвергнуть. Астрономы, изучив множество спиральных галактик, пришли к выводу, что галактика-спутник, оседлавшая спиральный рукав, — это частный случай сгущения звезд на конце спирального рукава. Т.е. спиральный рукав и сгущение звезд на его конце, которое может достигать размеров небольшой галактики, формируются в едином процессе. Допустим, в данном случае именно сгущение звезд генерирует волну плотности, направленную от периферии к центру галактики. Если же сгущение звезд отсутствует, следует искать иную причину образования волн плотности. Отсутствие общего механизма образования волн плотности лишает волновую теорию убедительности.

Вопрос о происхождении спиральных рукавов тесно связан с вопросом о природе перемычек между взаимодействующими галактиками. Как показывают наблюдения, в относительно молодой Вселенной от трети до половины галактик находились в процессе взаимодействия друг с другом. Правда, наблюдению доступна лишь застывшая картина взаимодействия, которую сторонники конкурирующих концепций трактуют наперекор друг другу. Одни считают, что галактики сталкиваются и сливаются, другие — что делятся в результате распада общего ядра. Но если в бюраканской концепции деление галактик — закономерный процесс, знаменующий определенный этап их эволюции, с классической точки зрение столкновение галактик должно рассматриваться как случайное событие, вызванное гравитационной неустойчивостью скопления галактик на ранней стадии его формирования. Критики этой точки зрения считают, что наблюдаемая доля лобовых «столкновений» галактик слишком велика, чтобы быть случайной.

Пионер изучения взаимодействующих галактик, выдающийся астроном Воронцов-Вельяминов, не был сторонником ни одной из рассматриваемых концепций. Но изучаемый материал заставил его отказаться от привычных представлений. Вот выдержки из его отчета: «Исследование еще не завершено, но оно уже выявило полтысячи галактик, названных нами взаимодействующими. Изучение их показывает, что они могли возникнуть только совместно, а не в результате случайной встречи или столкновения. Различные формы явно наблюдаемого у них взаимодействия показывают с полной несомненностью, что хотя взаимное тяготение между ними и существует, но видимые следы взаимодействия гравитационными приливными явлениями необъяснимы. Нам представляется, таким образом, что в мегамире впервые обнаруживаются какие-то качественно новые формы взаимодействия крупных систем. Они проявляются наряду с тяготением, но в некоторых отношениях, может быть, и преобладают над ним. Взаимодействующими мы назвали такие пары галактик или кратные галактики, у которых наблюдаются явные искажения нормальной формы. Одним из ярких примеров негравитационной природы таких взаимодействий является то, что в ряде случаев очень близкие друг к другу члены пары не обнаруживают искажения форм, а в других случаях искажения видны при огромных расстояниях между галактиками. Наиболее частыми случаями взаимного влияния отдельных частей взаимодействующих галактик оказывается наличие хвостов, часто очень узких и длинных, превышающих даже диаметр самой галактики и направленных прочь от возмущающей системы. Так как при этом перемычка, соединяющая галактики, часто менее ярка, бывает короче, а иногда и совсем отсутствует, то в этом наблюдается подобие своеобразного «отталкивания» части вещества галактик. Еще более потрясающим фактом, опровергающим приливную природу описываемых возмущений форм галактик, является существование обнаруженных нами двойных перемычек. Две галактики соединяются друг с другом двумя более или менее тонкими волокнами. Из них часто одно волокно прямое, другое же изогнуто. Приливы такого явления не могли бы вызвать».

Со времени написания этих слов каких-либо новых фактов, проливающих свет на данную проблему, не было выявлено. Но появилась мода на компьютерное моделирование процессов столкновения галактик. Компьютерную модель, которая является не более чем иллюстрацией к гипотезе, стали преподносить в качестве аргумента в ее защиту. Постепенно таких «аргументов» накопилось множество.

Перемычки и хвосты, о которых идет речь в отчете Воронцова-Вильяминова, так же, как спиральные рукава, состоят из молодых звезд. В случае столкновения галактик процесс звездообразования объясняется резким увеличением плотности их газовых оболочек. Но, как отмечает Воронцов-Вельяминов, перемычки и хвосты наблюдаются и у эллиптических галактик, крайне бедных газом. Он допускает, что у спиральных ветвей и других вытянутых образований, состоящих из множества звезд, существует непонятная нам вязкость, делающая их устойчивыми. Представление о вязкости дополняет бюраканскую точку зрения на природу спиральных рукавов. Газ в спиральных рукавах засеян семенами звездных комплексов и скоплений. Родившиеся звезды постепенно покидают рукав, но к этому времени созревают новые семена. Почему семена звездных скоплений удерживаются в рукаве, а звезды нет? Потому что газ и «семена» приспособлены (комплементарны) друг к другу. Раз уж мы провели аналогию с номогенезом, непонятная природа вязкости не должна нас смущать: вода внутри клеток нашего организма также находится в неизвестном физическом состоянии, статистическая составляющая которого сведена до минимума или принципиально отсутствует. Конечно, для сторонников классической точки зрения это не аргумент — скорей всего, они и взаимодействие биомолекул склонны объяснять механическими причинами.

Другие материалы рубрики


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • В нашей Галактике за пределами Солнечной системы обнаружено несколько сотен планет. Исследовать их проще и дешевле при помощи автоматических зондов сверхмалого размера. Запускать эти аппараты можно с Земли из электромагнитной пушки, а ускорять и корректировать орбиты будут гравитационные поля встречных звезд.
    Полеты к звездам — любимая тема фантастов и авторов компьютерных игр. Лихо носятся их звездолеты на просторах Галактики! Вот только неясно — как и зачем? Но эти вопросы не очень волнуют любознательных читателей: «как» — это придумают инженеры, а уж «зачем» — вообще неприлично спрашивать. Вы только представьте: новые неизведанные миры, братья по разуму... Разве это неинтересно?!
    Но не все фантазии удается воплотить в жизнь. Романтическая эпоха поиска внеземных цивилизаций, рожденная в начале 1960-х успехами космонавтики и радиоастрономии, к концу столетия почти сошла на нет.



  • В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.



  • О спонтанном возникновении вещества из пустого пространства говорят как о рождении “из ничего”, которое близко по духу рождению ex nihilo в христианской доктрине. Для физики пустое пространство совсем не “ничего”, а весьма существенная часть Вселенной, а мысль о рождении самого пространства может показаться вообще странной. Однако в каком-то смысле это все время происходит вокруг нас. Расширение Вселенной есть не что иное, как непрерывное “разбухание” пространства. С каждым днем доступная современным телескопам область Вселенной возрастает на 1018 кубических световых лет. Здесь полезна аналогия с резиной. Если упругий резиновый жгут вытянуть, его “становится больше”. Пространство напоминает суперэластик тем, что оно, насколько известно физикам, может неограниченно долго растягиваться не разрываясь. Растяжение и искривление пространства напоминает деформацию упругого тела тем, что “движение” пространства происходит по законам механики точно так же, как и движение обычного вещества. В данном случае это законы гравитации. Квантовая теория в равной мере применима как к веществу, так и к пространству и к времени.
    Действительно, благодаря собственной физической природе Вселенная возбуждает в себе всю энергию, необходимую для “создания” материи — это есть космический бутстрэп (bootstrap — в переводе “зашнуровка”, в переносном смысле — отсутствие иерархии в системе элементарных частиц).



  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Теория эволюции звезд основана на диаграмме «спектр-светимость». Спектр звезды связан с температурой ее поверхностных слоев, светимость — это количество световой энергии, излучаемой звездой в единицу времени. По оси абсцисс откладывается последовательность спектральных классов, по оси ординат — светимость. Звезды Галактики изображаются на диаграмме точками. Точки могли бы расположиться как попало, могли бы сгуститься к одной линии. Но они сгущаются к нескольким линиям и областям, из которых выделяются пять. Им соответствуют группы звезд: звезды главной последовательности, субкарлики, красные гиганты, сверхгиганты, белые карлики. Сопоставляя диаграммы «спектр-светимость», составленные для различных звездных скоплений, можно с уверенностью утверждать, что звезды главной последовательности на определенном этапе эволюции превращаются в красные гиганты. Из диаграмм также видно, как это происходит: температура звезды начинает уменьшаться, размеры и светимость, наоборот, увеличиваются. Через некоторое время температура опять начинает расти. Скорость эволюции определяется начальной массой звезды.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...В начале 70-х годов появилось предложение объединить бозоны и фермионы в единую теорию, что, мягко говоря, среди ученых вызвало недоумение, ведь столь различны по своим свойствам эти две группы частиц. Тем не менее, оно возможно, если обратиться к симметрии, более широкой, нежели симметрия Лоренца — Пуанкаре, лежащая в основе теории относительности. Математическая суперсимметрия соответствует извлечению квадратного корня из симметрии Лоренца — Пуанкаре, физически же она соответствует превращению фермиона в бозон и наоборот. Разумеется, в реальном мире невозможно проделать такую операцию, тем не менее, операцию суперсимметрии можно сформулировать математически и можно построить теории, включающие суперсимметрии...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3