Введение

Здравствуйте. В предыдущих частях статьи “Я хакнул галактику” (часть 1, часть 2, часть 3) я рассказал о том, что собой представляют спиральные рукава галактик. Каждая такая спираль - это фронт ударного воздействия потоков частиц из ядра галактики на ее газопылевую среду. Этот фронт постоянно распространяется из центра галактики к ее краям.

Сегодня разберемся с сильно наклоненными галактиками.

И разберем в качестве примера галактику

Messier 104 Сомбреро

В настоящее время запускаются и начинают работать все более совершенные космические телескопы. Один из них – Джемс Уэбб (James Webb), не перестает поражать качеством своих снимков. Использованный мной композитный снимок был сделан астрономами на основе снимков Хаббла и Уэбба, исходное разрешение 3898 x 1303. (Как же вовремя я приобрел монитор 4К, в который как раз помещается вся эта фотография без сжатия и искажений).

В предыдущей части я поделился способом вытянуть из астрофотографии фронты плазмы, образующие спиральные рукава. Для этого можно использовать 3D-штампы, в терминах графических редакторов известные как фильтр emboss. Вот и на этот раз я использовал этот метод обработки изображений, чтобы обнаружить четкие спиральные линии на фотографии галактики Сомбреро.

Заранее извиняюсь за размеры скриншотов: они очень большие. Что поделаешь, плоскости галактики наклонены в основном под углами 83-86 градусов, чтобы увидеть линии, требуется очень детализированная картинка. И это еще уменьшенные версии. Если в браузере картинка слишком сильно съеживается, либо открывайте ее в отдельной вкладке, либо сохраняйте и смотрите удобным для вас графическим инструментом.

Изображения разбиты на квадраты 100x100 пикселей (линии не нарисованы поверх – это квадраты раздвинуты в стороны). Можно, например, левую и правую части увеличить в двух отдельных окнах, и далее размещать рядом один и тот же квадрат с линиями модели и без линий и сравнивать квадраты визуально. Или разглядывать анимацию в полном размере, что может оказаться проще.

Предварительно, напомню о предложенной мной еще в первой части классификации всех видов спиралей. Я далее буду на нее ссылаться по тексту.

Итак, начнем.

Спираль 1. Классический вариант типа [a]: эксцентриситет орбиты спутника СМЧД е=0.5 приблизительно, скорость плазмы постоянная (в модели использовалась скорость v=0.2c). На моделированной линии отрисовка включается и отключается через равные по времени промежутки времени (каждые условные 1000 лет симуляции). Надеюсь, это не сильно мешает пониманию того, где находится продолжение той же линии. Мне показалось так удобнее продемонстрировать на кадре с моделью сквозь эти же линии хотя бы часть особенностей рельефа, по которому эти линии пролегли. Здесь использован белый цвет для обоих рукавов спирали, но это не должно сильно запутать, так как в варианте спирали типа [a] рукава не пересекаются.

Спираль 2. Вариант спирали типа [c], с уже приличным эксцентриситетом и большой разницей скоростей. Здесь все витки каждого из двух рукавов спирали четко разделяется на кольцевую часть и вытянутую, почти как у плоских спиралей Андромеды группы [Z] (см в предыдущей части), но различие между скоростями v1 и v2 существенно меньше. Так что это скорее средняя форма между [b] и [c].

Ниже приведено анимированное сравнение выделенных частей спирали 1 – районов, где эта спираль делает наиболее заметные повороты.

Под спойлером – полностью анимация этой спирали

Для остальных спиралей картинку максимально возможного разрешения я уже делать не стал, чтобы не загромождать статью.

Спираль 3. Снова вариант [c]. Желтая линия одной ветви в некоторых точках пересекается с другой, но я решил цвет уже не менять. По крайней мере, он более или менее хорошо контрастирует с серым цветом штампа. К тому же, одна из ветвей спирали имеет более светлый оттенок, чтобы их можно было различить.

Спираль 4. Аналогично 3, отличие в основном в периоде обращения спутника СМЧД, и есть небольшие углы поворота линии большой полуоси относительно первых спиралей.

На самом деле, спиралей намного больше. Но я решил остановиться на первых четырех. Приведу таблицу параметров первых четырех спутников СМЧД, формирующих эти спирали.

Примечания:

• Отрицательный параметр “Период” означает, что спутники СМЧД вращаются по часовой стрелке.

• Поскольку значение массы СМЧД неизвестно, принята условная масса 1 млн. масс Солнца (при получении более точных данных модель может быть отмасштабирована).

• Скорость v2=0 для спутника 1 означает, что в модели используется одинаковая скорость выброса плазмы на всех участках его орбиты.

• Значения a и q – это расстояния в световых годах, они вычисляются, а не задаются.

Посмотрите на более раннюю фотографию этой галактики, сделанную телескопом Спитцер. Разрешение у нее не такое высокое, освещенность в ИК-диапазоне слишком большая в центре, так что данных из этой фотографии много не получишь.

Но эта фотография нужна не для получения спиралей, а для того, чтобы оценить общую структуру галактик. Обратить внимание следует на два обстоятельства. А именно:

• На краю галактики сконцентрированы довольно плотные облака газа и пыли. Значительно плотнее, чем во внутренней части;

• Этот слой газа очень быстро поглощает свет, приходящий из внутренней области галактики, и внешняя часть кольца значительно темнее.

Галактики с ребра

А теперь мысленно повернем галактику еще сильнее, так, чтобы она стала к нам ребром. Для этого можно просто взять любую другую галактику, видимую с ребра. Например, одну из представленных на рисунке ниже.

Если смотреть внимательно, то некоторые галактики, наблюдаемые с ребра, имеют явные следы наличия второй плоскости, слегка наклоненной по отношению к основному диску галактики. А иногда – и третьей. С точки зрения современной астрономии, эти галактики искажены или искривлены в результате какого-либо космического катаклизма. Моя модель упрощает подобную ситуацию до наличия двух (или более) плоскостей, с небольшим углом между ними, когда все эти плоскости наблюдаются под очень острым углом для наблюдателя с Земли. Волнистость линии галактики более выражена, если одна из плоскостей короче другой.

Теоретически, должны бы быть и галактики, наблюдаемые с ребра, в которых плоскости спиралей имеют довольно значительный угол относительно друг от друга, но простой поиск не возвращает ничего, или находятся X-образные радиогалактики. Но это, скорее всего, не то, что требуется.

Однако неожиданно обнаруживается, что есть целый класс оптических галактик – галактик, наблюдаемых в ребра, и имеющих так называемые полярные кольца. Этот класс галактик так и называется – галактики с полярными кольцами. Например, галактика NGC 4650, или NGC 660.

Может быть, компоненты-плоскости таких галактик и не точно всегда видимы с ребра, но, по крайней мере, вопрос о полном отсутствии галактик с парой плоскостей, видимых с ребра, они снимают. Тот же факт, что таких галактик, которые бы были видны с ребра и имели несколько явно различимых плоскостей, должно быть немного, следует из теории вероятностей.

На самом деле, в нашей галактике Млечный Путь также была обнаружена дополнительная плоскость, наклоненная относительно нашей примерно на 20 градусов. Так называемый Пояс Гулда. По современной теории, этот пояс – результат столкновения Темной Материи с нашей галактикой (куда же без нее, родненькой?).

А теперь посмотрим, что получается из галактики, подобной Сомбреро, если повернуть ее немного в другую сторону, и сделать ее видимой под не очень острым углом 30-60 градусов. И у нас есть хороший пример такой галактики, снятый спутниковыми телескопами в хорошем разрешении. Это галактика

LEDA 1313424 Бычий-глаз

Я уже приводил пример этой галактики в части 1, но тогда у меня была фотография меньшего разрешения, и я еще не придумал использовать 3Д-штампы для вытягивания фронтов плазмы.

Удивительно, насколько облегчает поиск линии ударного фронта использование 3D-штампа. Единственная предварительная обработка, которая потребовалась в отношении исходного изображения 3К до применения штампа, это небольшая корректировка уровней (справа – откорректированное изображение).

При сравнении следует обратить внимание как раз не на кольцевые части спиралей, а на перемычки, их соединяющие. Забавно (но и печально), что астрономы не сумели распознать такие элементы в спиралях галактиках из-за того, что рассматривают их как результат вращения газа и пыли. Разумеется, такое торнадо никак не смогло бы породить перемычки, регулярно повторяющиеся и строго геометрически правильные. Только в модели с расширением ударных фронтов из центра этот феномен находит свое единственно разумное объяснение. И только если источник движется по эллиптической орбите.

Под спойлером размещены анимированные варианты сравнений для этих четырех спиралей

Привожу уточненные характеристики спутников СМЧД для LEDA 1313424 Bullseye.

Спирали галактики Bullseye несколько отличаются от спиралей Сомбреро, и по внешнему виду и характеристикам относятся к классу [b]. Т.е. разница скоростей плазмы у ее спутников СМЧД небольшая, но при этом очень высокий эксцентриситет орбит. Тогда как спутники Сомбреро (кроме первого) – это уже скорее класс [c], с большей разницей в скоростях выброса плазмы на разных участках орбиты.

Круговорот газа в галактиках

Но общий итог почти тот же самый – большое кольцо темного дыма снаружи и более яркое кольцо по центру. Можно сделать вывод о том, что газовое облако во внешней части – результат работы космических дворников, роль которых играют постоянно расширяющиеся ударные волны, образованные потоками частиц из ядра галактики. После того, как выполнена предварительная расчистка от основной массы газа и пыли в узком плоском слое, газ может проникать в него только в результате обычного “медленного” движения (десятки километров в секунду), после чего раз в несколько десятков тысяч лет приходит новый удар метлы и выбрасывает нарушителя. Который за это время только успел наступить на краешек границы. Вдоль большей части диска направление повторных выбросов будет уже ближе к перпендикуляру к плоскости, и только на самом краю диска, где поток частиц ослабляется в результате падения плотности частиц, направление выброса становится все более наклонным и, в конце концов, радиальным.

В результате этого процесса какое-то количество газа преодолевает скорость убегания и рассеивается в окологалактическом пространстве, образуя гало. Как известно, гало, или разреженное облако газа вокруг галактик, может превышать размеры самой галактики в десятки раз. Однако потери частично компенсируются постоянным притоком медленных частиц из окружающего пространства. Эти частицы – это потоки ударных волн из других галактик, рассеявшиеся в космосе и образовавшие непрерывный изотропный фон космических частиц (их по традиции называют космическими лучами). Они летят в пространстве миллионы и миллиарды лет после того, как покинули свои галактики. Согласно первому закону Ньютона, на их скорость и направление ничто не может повлиять в течение всего времени их путешествия.

Разумно предполагать, что в среднем количество таких частиц, вылетевших из галактики со скоростями от 0.05c до 0.5c, приблизительно равно количеству пришедших в галактику частиц. Более того, должна быть равна даже не масса, а импульс, который этими частицами переносится. Ведь, влетая в другую галактику со всех сторон равномерно и в совершенно случайных направлениях, эти частицы передают свой импульс, прижимающий в итоге газ галактики к плоскости галактики (или к плоскостям, если их несколько). И, потеряв исходную скорость, становятся частью газового облака галактики. Это ведь те же атомы водорода, гелия и другие атомы и молекулы, что и газ, составляющий галактическую газопылевую среду. Только упавшие на аккреционные диски черных дыр, разогнавшиеся до скоростей, сравнимых со скоростью света, и затем выброшенные в новый полет. И спустя многие эпохи прилетевшие, чтобы повторить этот цикл.

Таким образом, на газовое тело галактики извне оказывается действие, которое обязано быть равно противодействию изнутри галактики, согласно второму закону Ньютона. Т.е., размер галактики в итоге должен в точности соответствовать суммарной мощности всех потоков плазмы, а это, в первую очередь, зависит от массы СМЧД и наличия достаточно активных спутников-генераторов плазмы.

Вот такая космология получается. Однако это не вечный двигатель. Часть вещества и энергии рассеивается в межгалактическом пространстве, часть уходит на увеличение и раскрутку черных дыр, и если других источников массы и энергии в космосе нет, то когда-нибудь этот вечный хоровод может закончиться. Но это будет спустя десятки или даже сотни миллиардов лет (или даже больше), и не должно быть нашей нынешней заботой.

О Млечном Пути замолвлю я слово

Гораздо интереснее было бы для нас узнать, когда мимо нашей солнечной системы пройдет очередной ударный фронт из ядра галактики. Согласно восстановленным моделям спиральных рукавов Млечного Пути, последний ударный фронт прошел не так давно (по галактическим меркам). Возможно, несколько тысяч или десятков тысяч лет назад.

Самая точная на данный момент картина спиральных рукавов нашей галактики основана на измерениях параллаксов сотен объектов. И как ни странно, не звезд, а облаков газа с особыми свойствами, называемых галактическими мазерами.

На фоне этой картины я попробовал восстановить модель распространения ударных фронтов плазмы исходя из предположения о том, что основная спираль единственная и эксцентриситет ее равен нулю. Скорее всего, и то, и другое неверно, но более точных данных на текущий момент все равно нет.

Белая спираль построена с учетом отставания во времени светового сигнала от предполагаемого фронта плазмы. Очевидно, что свету требуется время, чтобы от точки воздействия добраться до Солнечной системы. И чем дальше эта точка, тем больше времени требуется (отсюда и излом линии в районе Солнечной системы, и смещенность всей белой спирали). Но реальная картина и в этом случае может отличаться, если скорость плазмы отличается от принятой мной произвольно величины 0.16c.

Красная спираль – это та же белая спираль, но уже без учета ретроспективного сдвига. На самом деле, вблизи Солнца разница не слишком велика. Масштабы были подобраны в соответствии с современной информацией о Млечном Пути и о месте Солнечной системы в галактике. Расстояние до СМЧД Sag A* составляет около 26600 световых лет. В итоге, чтобы белые спирали, расширяющиеся со скоростью 0.16c, точно легли на линии, нарисованные нашими астрономами, период обращения спутника СМЧД потребовалось установить в значение 34 тыс. лет. Это значит, что время между посещениями спиральными ветвями одной и той же точки на плоскости галактики составит около 17 тыс. лет. Т.е., в этом случае, если предположить, что мы находимся строго посредине между двумя такими фронтами, то у нас в запасе есть еще около 8.5 тыс. лет.

Но что, если скорость плазмы, например, почти вдвое больше и v=2.8c?

В этом случае период обращения спутника должен быть уменьшен до 23 тыс. лет. И время между приходами фронта, соответственно, до 11.5 тыс. лет. Но и считать, что Солнце находится точно посередине между двумя фронтами, нельзя. Может быть, у нас есть еще 5 тысяч лет, а может, наоборот, - имевшиеся у нас 11 тыс. лет как раз уже истекают. Необходимы более точные измерения, и наблюдения объекта Sag A* в центре Млечного Пути, чтобы делать более обоснованные прогнозы.

На этом у меня все. Спасибо за внимание.

Да, чуть на забыл дать ссылку на свою программу моделирования:

https://github.com/kladovwladimir-byte/andromeda