Введение

Здравствуйте. Мне удалось раскрыть тайну спиральных рукавов галактик. Теперь я точно могу сказать: спиральные рукава не вращаются. Они представляют собой фронт потоков частиц из ядра галактики, который постоянно распространяется из центра галактики к ее краям.

И да, у меня есть доказательство – рабочая программная модель.

В каком-то смысле, рукава галактики вообще не существуют – как какие-либо массивные образования или скопления газа, пыли и звезд, каковыми они считаются в настоящее время. Это не то чтобы оптическая иллюзия, а скорее, результат сильного возмущения газопылевых облаков в результате удара по ним мощных потоков частиц, вследствие чего перегретый газ излучает фотоны, и ярко светит во всех направлениях. Если такая “иллюзия” попадет в нашу планету, глобальным потеплением мы не отделаемся – нам тогда точно крышка будет, мы даже ахнуть не успеем.

Почему эти ярко освещенные участки образуют двойные спирали? Потому что потоки частиц направлены в двух (всегда противоположных) направлениях. И источники этих потоков постоянно (но не очень быстро) вращаются. Частицы, ранее отправленные в полет, продолжают двигаться по прямой линии, а выпущенные позже, летят со смещением на небольшой угол, и этот угол постепенно увеличивается. В результате образуется двойная спираль. Если вы видели, как работает простое устройство для полива сада или насадка на фонтан, вращающаяся под действием реактивной отдачи выбрасываемой в нескольких направлениях струй воды, то принцип формирования спирали почти такой же.

Поскольку потоки частиц достаточно мощные, чтобы поджечь яркие спиральные рукава, они наверняка достаточно плотные и ионизировнные, чтобы можно было далее называть их плазмой. Итак, плазма выбрасывается в двух противоположных направлениях, при этом источник плазмы медленно (тысячи и миллионы лет) обращается вокруг сверхмассивной черной дыры (СМЧД) в центре галактики. В результате изменяется направление в пространстве луча, вдоль которого эта материя выбрасывается. Но ранее извергнутая плазма продолжает двигаться по прямой линии, не меняя направление, и в итоге формируется спираль.

Это важно: источником плазмы является не сама СМЧД, а ее спутники звездных масс. Я предполагаю, что кандидатами в такие спутники могут быть черные дыры меньшего размера или пульсары. Если вокруг СМЧД обращается черная дыра (ЧД) меньшего размера, то ее аккреционный диск, имеющий значительную скорость вращения, при наличии горба прилива от центральной СМЧД может создавать требуемый поток плазмы в результате отрыва материала, движущегося далее с достаточно большой скоростью. Материал отрывается, как я предполагаю, в двух точках горба прилива, находящихся на противоположных сторонах спутника. Другой вариант –  это пульсар, поверхность которого так же может достигать релятивистских скоростей за счет его быстрого вращения вокруг своей оси.

Если скорость вращения источника плазмы небольшая, и полный оборот завершается за несколько сотен тысяч или миллионов лет, то вещество, выброшенное из ядра галактики за это время, сформирует в пространстве спиралеобразную линию.

В принципе, то, какой именно механизм заставляет отрывать вещество от спутников СМЧД в двух противоположных направлениях, и какова природа этих спутников, для данного расследования не имеет особого значения. А вот то, что источниками являются именно спутники СМЧД (и их может быть несколько, и чаще всего – несколько), и движутся они по эллиптическим орбитам – очень важно.

Программная модель

После того, как удалось сформулировать основной принцип построения спиральных рукавов галактик, оказалось не очень сложно сделать программу, которая может доказать это утверждение. И уточнить необходимый набор параметров спутников и плазмы, которые следует моделировать.

Задаются следующие параметры:

• радиус галактики в световых годах (R=1000 ... 1 000 000),

• масса СМЧД в центре галактики (M, солнечных масс),

•  период вращения источника плазмы (спутника) вокруг черной дыры (T_abs=1000 … 10 000 000, знак определяет направление вращения),

• эксцентриситет орбиты спутника (e=0 … 0.9999),

• угол наклона плоскости галактики к картинной плоскости (alpha=-180 ... +180),

• коэффициент (0 < k <1), умножаемый на скорость света c, для задания окончательной скорости v = kc, с которой поток плазмы движется из центра галактики к ее краям прямолинейно,

• kfin  – значение коэффициента k на максимальном расстоянии источника плазмы от центральной СМЧД (k < kfin < 1),

• угол отклонения линии истечения от радиус-вектора между спутником и СМЧД (deviation=-180 … +180),

• финальный угол отклонения в апоцентре (dev_fin=-180 … +180),

• угол конуса “прецессии”, при ее наличии (0 … 90, значение 90 градусов соответствует отсутствию прецессии, когда спираль расположена в плоскости),

• начальный угол линии выброса плазмы в плоскости эклиптики (или в проекции на нее, если есть конус прецессии),

• длительность активности для моделирования (в том числе длительность исключения начального и конечного отрезка времени),

а также ряд параметров, влияющих на отображение (цвет, размеры и др.). Для обеспечения возможности визуального сравнения полученной спиральной линии с конкретной галактикой фотография галактики устанавливается в качестве фонового изображения (подложки), поверх которого формируется полученная в соответствии с параметрами спиральная линия.

Учет оптических искажений, вызванных ограничением скоростью света

Однако нельзя забывать, что скорость распространения сигнала в пространстве ограничена скоростью света, и если в модели скорость движения плазмы начинает приближаться к значению v=c, результирующая спираль начнет сильно искажаться для земного наблюдателя.

Вообще, эта задача сводится к любимой школьной проблеме одновременного прибытия на станцию  E (Земля) двух поездов (потоков плазмы), которые отправились со станции O (ядро галактики) сначала в направлениях OA и OB – со скоростью v=kc (0 < k < 1), a затем повернули к станции E, но дальше двигались со скоростью v=c. На рисунке часть L соответствует точной формулировке задачи, а R – ее упрощенному варианту, более удобному для вычислений, так как уже нет необходимости включать в расчеты дистанцию до галактики. В любом случае это расстояние настолько велико, что можно считать величины |A’’E| и |B’’E| просто равными.

Например, для галактики с наклоном плоскости -45 градусов, в зависимости от скорости потока плазмы (kc), восстановленное изображение двойной спирали на картинной плоскости изменяется следующим образом. Для упрощения, моделирование ниже проведено для случая истечения плазмы в одной плоскости. Кроме этого, для сохранения масштаба на каждом следующем кадре N+1 линейные размеры сжимаются путем масштабирования на коэффициент k_N /K_N+1.

Из рисунка выше следует, что при k < 0.4 полученное изображение хорошо согласуется с той степенью симметричности спиральных рукавов, которые мы видим у большинства наблюдаемых спиральных галактик. В то время как при k=1 (и близких значениях) изображение спиральной галактики было бы сильно искажено даже при не очень большом наклоне плоскости галактики к картинной плоскости.

Первые результаты

Значения каких-то параметров (масса СМЧД, размер галактики) могут быть неизвестны или не быть точными, но моделирование может быть масштабировано для условной массы СМЧД и/или размера (например, 1 млн. солнечных масс, 100 тыс. св. лет, соответственно). Для заданных параметров орбиты и центральной СМЧД (период обращения спутника T, масса M центральной СМЧД, эксцентриситет орбиты e) может быть вычислена большая полуось орбиты спутника и расстояние до СМЧД в перицентре, используя формулу a = (G M T² / 4 π²)^1/3. Так же, может быть вычислено минимальное расстояние до СМЧД в перицентре: q = a (1 -  e). Для целей моделирования интерес представляет значение скорости движения спутника в каждой точке его орбиты, в соответствии с формулой: v = (G M (2/r – 1/a))^1/2, где r – расстояние до СМЧД в этой точке орбиты, а G – гравитационная постоянная, G = 6.6743 x 10^-11.

Предварительные результаты моделирования некоторых галактик:

• для потоков плазмы скорость истечения плазмы зависит от расстояния от центральной СМЧД  до спутника (источника плазмы). На больших расстояниях скорость выше и может приближаться к 0.35 c (в некоторых случаях достигаются и большие значения, например, 0.7 c). В то время как при приближении спутника к СМЧД скорость потока может падать до 0.05 c и даже  менее. В результате многие спирали выглядят как вытянутые двойные эллипсы, оставаясь практически перпендикулярными к лучу наблюдения (см. галактику Андромеда). А центральные круговые части спиралей могут вообще исчезать или наблюдаться как слабые отсветы. В программе используется линейное изменение в зависимости от дистанции до СМЧД (и очень похоже, что это действительно так);

• после того, как плазма покидает спутник с некоторой скоростью kc, эта скорость в дальнейшем не меняется в процессе распространения от ядра галактики к ее краям;

• угол отклонения выброса плазмы может изменяться вместе с изменением расстояния от спутника до СМЧД (в программе используется так же линейное изменение);

• спирали, сформированные плазмой от одного спутника, располагаются обычно в одной плоскости, хотя возможны и исключения (если линии распространения плазмы образуют в пространстве двойной конус);

• полуось эллиптической орбиты спутника обычно составляет несколько световых лет, период обращения вокруг СМЧД – около сотни тысяч лет;

• благодаря тому, что параметры модели нелинейно влияют на форму полученной спирали, и спираль приближается к реальному изображению только при подборе достаточно уникального набора параметров, появляется возможность получить множество физических характеристик галактик и их ядер, например, уточнить массу СМЧД, определить орбиту, размеры, массу спутника и т.п. Однако выбор скоростей плазмы все еще достаточно произвольный и может являться предметом для дальнейшего уточнения.

Далее приведены примеры восстановления спиральных ветвей некоторых галактик, показывающих, что предложенная гипотеза действительно отражает реальное физическое явление в достаточно близкой степени. При выборе галактик для моделирования, в первую очередь, выбирались галактики, для которых имеются изображения, с достаточной подробностью демонстрирующие их спиральные структуры. Разумеется, модели являются лишь приближениями к реальности, и в каких-то деталях могут содержать неточности. Что-то может быть не учтено, каких-то параметров может недоставать для лучшего воспроизведения исследуемого явления. Однако результат в любом случае не выглядит как художественный произвол.

Модель галактики М31 Andromeda

Очевидный первоочередной кандидат для моделирования – ближайшая к нам крупная галактика Messier 31, известная также под именем Андромеда. Для нее есть качественные фотографии, в том числе и в инфракрасном, и в ультрафиолетовом диапазонах. Я использовал композитное фото, собранное на основе снимков космических телескопов Гершель, Планк, IRAS и Cobe. Но подойдут и другие на основе инфракрасного оптического диапазона.

Как видно на анимации выше, исходной фотографии соответствует обработанный фильтрами вариант. Это чтобы близкие уровни сильнее отличались друг от друга.

Но это только первая такая плоская эксцентричная спираль (e=0.95, v1=0.04c, v2=0.26c), а всего таких не менее пяти. На следующей анимации они представлены поочередно, на фоне “модифицированной” фотографии Андромеды (на этот раз используется смешанная модифицированная с исходной). В этом варианте анимации яркость и толщина линий пропорциональны скорости плазмы в соответствующем направлении. Кольцевая (медленная) часть рукава видна плохо, кроме самого центра, где эти линии не засвечены длинными частями рукавов.

Обратите так же внимание на интерференционную решетку от пересечений этих кольцевых линий с длинными частями рукавов по центру картинки – выше и ниже центральной области. Да, и в центре видно орбиту и текущее положение соответствующего спутника СМЧД в масштабе 1000:1, а прямая линия того же цвета TEAL – это линия большой полуоси, и одновременно – линия поворота плоскости эклиптики соответствующего спутника (и, соответственно – линия поворота спирали относительно картинной плоскости).

Эти пять спиралей формируют пять наиболее заметных в инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах спиралей, и их плоскости практически перпендикулярны направлению на Землю. Не очень понятно,  как могло так получиться, что эти спутники 1–5 двигаются, вытянув полуось своей орбиты примерно в одном направлении (и соответствующие им спирали так же вытягиваются приблизительно соосно). Скорее всего, есть и другие плоские эксцентричные спутники, но мы смотрим на их спирали с торца, и их очень трудно разглядеть.

Если внимательно присмотреться, то справа можно рассмотреть дуговой след от возможной наклонной спирали. Например, такой.

Приведу так же параметры найденных спутнико��. На что следует обратить внимание, так это на параметр Inclination, который для первых пяти спутников не превышает 25 градусов. То есть, основные 5 спиралей, в основном формирующих ее внешний вид, практически перпендикулярны к линии наблюдения с Земли, и галактику Андромеду можно смело переименовать в “глаз Андромеды”. Параметры a и q – это вычисленные значения большой полуоси орбиты спутника СМЧД и минимальное его расстояние до СМЧД.

Про Андромеду у меня есть еще много материала (и всего я нашел около 20 спутников с их спиралями), и есть интересные корреляции и с Кислородным облаком Андромеды, и с флотилией карликовых галактик. Может быть, в следующей публикации. А пока добавлю еще одну анимацию – центральной части галактики и ее первых пяти спиралей. Из которой следует, что центральное кольцо – это не какое-то особое образование или отдельный набор спиралей, а именно продолжения (или, точнее, начала) этих пяти спиралей. И, кстати, близость его формы к окружности дополнительно подтверждает малость наклона основного “диска” (кхм! глаза?) Андромеды к проекционной плоскости.

Кольцеобразные галактики. Модель галактики NGC 1512

Современная астрономия выделяет кольцеобразные галактики в особый класс галактик, приписывая им различные гипотезы происхождения, такие как столкновения с другими галактиками или аккрецию межзвездного газа и другие. Моя эмиссионная модель показывает, что кольцевые галактики – это обычные спиральные галактики, в которых разница между максимальной и минимальной скоростью выброса плазмы невелика даже в случае значительного эксцентриситета орбиты. При этом обычно эксцентриситет орбит таких спутников все-таки не слишком большой и кольцевая часть формируется относительно долго, чтобы удержаться некоторое время до того, как она рассеется.

Рассмотрим модель галактики NGC 1512. Ее перемычка образована потоком плазмы от спутника, медленно двигающегося по дальней части своей вытянутой эллиптической орбиты. Тогда как внешние спирали – остатки от предыдущего сближения спутника с центральной СМЧД, уже завершенного. Но в самом центре уже успело сформироваться новое кольцо, которое теперь будет расширяться и в будущем займет место нынешнего.

Если проследить эволюцию ее кольца во времени, то получится замкнутый цикл, в котором небольшое кольцо формируется в центре, затем расширяется, и затем все повторяется снова – вместе с регулярным возвращением спутника – источника плазмы к СМЧД в центре галактики.

Однако, если бы траектория спутника в такой галактике была бы еще более вытянута, например, то в течение длительного времени мы могли бы наблюдать обычную эллиптическую галактику, без малейшего намека на спирали или на кольцо (которое рассеется спустя несколько сотен тысяч лет). Вполне может так оказаться, что большая часть эллиптических галактик просто находится в стадии ожидания очередного цикла сближения со своими спутниками. Или у них в настоящую эпоху нет спутников, которые бы формировали достаточно яркие и большие спирали.

Модель галактики LEDA 1313424 (Bullseye)

Весьма редким и интересным случаем кольцеобразной галактики является галактика LEDA 1313424 (Bullseye). Она не только показывает возможность существования нескольких систем колец у одной галактики (здесь их четыре), но и сразу для нескольких из них позволяет наблюдать по нескольку концентрических колец, вместе с перемычками. При этом демонстрируя точное соответствие физического процесса формирования колец моей эмиссионной модели.

На самом деле, большинство галактик – кольцеобразные. Просто кольцо обычно не очень хорошо видно, все-таки оно образуется на быстрой части траектории, когда спутник СМЧД проскакивает свой перицентр за небольшое время.

На рисунке выше представлены три основных типа спиралей, в зависимости от эксцентриситета и разницы скоростей выброса плазмы из спутника вблизи от СМЧД (в перицентре) и в дальней части орбиты (в апоцентре). Переключение между темным и светлым уровнем происходит примерно через одинаковое время (каждые условные 10 тысяч лет) – из этого можно приблизительно оценить, на каком участке орбиты находился спутник, когда формировался соответствующий фронт частиц. По крайней мере, для орбит (b) и (c) с высоким эксцентриситетом (для которых в обязательном порядке имеется значительная разница между скоростями выброса плазмы).

Как минимум, все галактики с четкой прямой перемычкой – это кольцеобразные (b), в стадии, когда основной спутник СМЧД медленно ползет вдали от СМЧД. Вот, например, известная всем астрономам галактика NGC1300.

Моя модель позволяет “спасти” большое количество галактик от обвинений в “каннибализме”, объяснить искаженность спиральных рукавов без привлечения гравитационных взаимодействий или столкновений с другими галактиками.  Если спиральные рукава галактик – это всего лишь след удара потоков быстрых частиц из центра галактики с ее газом и пылью, то о каком гравитационном взаимодействии может идти речь? Правильно, ни о каком. Максимум, если галактики уже тесно “сцепились” друг с другом и потоки плазмы от одной проникают в другую и наоборот.

Модель галактики NGC 4651 Зонтик

В качестве примера галактики, чье столкновение с неизвестной карликовой галактикой удается исключить благодаря предложенной модели, может быть приведена галактика NGC 4651 "Зонтик".

Астрономы так же считают галактику NGC 4651 жертвой космического ДТП, не находя других причин для формирования светлой струи в этой замечательной галактике. Однако восстановление модели показало, что достаточно двух спутников СМЧД, чтобы предотвратить ее крушение. Сочетание очень высокого эксцентриситета орбиты спутника и очень высокой скорости истечения плазмы на этапе удаления от СМЧД приводит к тому, что перемычки между кольцами сливаются практически в одну линию. А большая разница между скоростями плазмы на разных участках орбиты приводит к тому, что большая часть спиральных колец становится малозаметной. В том числе, возможно, из-за наличия газа и пыли на пути к этим частям спиралей.

Заключение

Высокая точность полученных моделей спиральных рукавов в сравнении с фотографиями существующих галактик доказывает предложенную в начале статьи гипотезу об их формировании в результате эмиссии потока частиц высокой энергии из ядра галактики. В частности, утверждение о том, что источниками извергаемой плазмы являются именно спутники центральной СМЧД. Именно предположение о зависимости скорости выброса плазмы (и изменения направления) от расстояния спутников до центральной СМЧД позволяет восстановить на модели наблюдаемые формации спиральных рукавов.

Весьма маловероятно, что подобной точности моделирования спиральных галактик удалось бы достичь, основываясь на каких-либо других физических процессах. Это означает, что современные теории эволюции (и строения) галактик должны быть полностью пересмотрены. На протяжении уже сотни лет астрономы ошибочно считают спиральные рукава галактик стабильными массивными образованиями, содержащими наибольшее количество ярких звезд. Для объяснения того, почему они не разрушаются с течением времени, несмотря на вращение всех объектов в галактике вокруг ее центра, привлекаются очень сложные астрофизические и космологические идеи (волны плотности, гало темной материи, обладающей особыми свойствами, стохастическое  самоподдерживающееся звездообразование, SSPSF). Современные теории предполагают чрезвычайно длительные (миллиарды лет) эволюционные процессы для развития и стабилизации спиральных рукавов, что противоречит новым открытиям древнейших спиральных галактик, сформированным уже через миллионы лет после Большого Взрыва.

Моя эмиссионная модель формирования спиральных рукавов чрезвычайно проста и устраняет перечисленные противоречия современных теорий образования спиральных галактик. В том числе, она объясняет возникновение перемычек в центральной области галактик, скручивание спиралей в кольца, разветвления и другие особенности геометрии спиральных рукавов единственным физическим процессом. Данная модель снимает вопрос о том, как могли сформироваться развитые спиральные структуры в древних галактиках, которые “только что возникли сразу после Большого взрыва”: все, что нужно для образования спиральных рукавов – это сверхмассивная черных дыра со спутником – черной дырой поменьше, окруженная облаком газа, и немного времени – менее миллиона лет.