Независимо от размера и массы все дисковые галактики во Вселенной делают один полный оборот вокруг своей оси примерно за 1 миллиард лет. К такому выводу пришла группа астрофизиков из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) из Университета Западной Австралии. Как написано в пресс-релизе по результатам открытия, в этом смысле дисковые галактики можно сравнить с космическими часами.
В число дисковых галактик входят линзовидные и спиральные, как наш Млечный Путь или Галактика Андромеды неподалёку.
В соответствии с современной стандартной космологической моделью CDM (Cold Dark Matter), основные структурные и динамические свойства галактических гало (гало — сферический невидимый компонент галактики, состоящий в том числе из тёмной материи и содержащий основную массу галактики) и дисков (видимая часть) подчиняются простому вириальному масштабному соотношению. Эти свойства обычно определяются как радиус , скорость вращения и масса . Или, как вариант, яркость в качестве прокси для массы. Вириальный эквилибриум для гало соблюдается как к и к . Конечно, тёмная материя напрямую не наблюдается, однако масштабные соотношения наблюдаются через свойства барионов, хотя экспоненты в степенном законе этих соотношений не в точности соответствуют модели для гало.
Чаще всего на практике используется масштабное соотношение скорости и светимости, более известное как зависимость Талли — Фишера. Это эмпирически полученное соотношение, связывающее массу (светимость) спиральной галактики и скорость её вращения. Барионная физика очень сложна, она учитывает много факторов, которые могут повлиять и исказить все масштабные соотношения. Например, активное ядро галактики может перераспределить барионы, а в процессе затянуть в распределение барионов тёмную материю, из-за чего все вышеуказанные соотношения искажаются.
Хотя часто упоминается соотношение скорости вращения и светимости, но вот соотношению скорости вращения и радиуса до сих пор уделялось не так много внимания. Возможно, здесь ситуация усложняется трудностью в измерении радиуса по радиальной шкале.
В новой работе учёные применили для измерения масштабного соотношения для не радиальную шкалу, как в предыдущих работах, а внешний радиус галактики — и показали, что в этом случае наблюдается практически линейное соотношение .
Круговая скорость вращения соотносится с радиусом по всем наблюдаемым галактикам, которые отличаются по размерам и круговой скорости вращения в 30 раз: от карликовых неправильных галактик до гигантских спиральных.
Соотношение радиуса и круговой скорости на логарифмической шкале
Другими словами, все дисковые галактики действительно работают как часы, совершая оборот примерно за 1 миллиард лет, если измерять по самому краю их дисков.
«Обнаружение такой закономерности в галактиках помогает лучше понять механику их вращения — вы не найдете быстро вращающуюся плотную галактику, в то время как другая галактика такого же размера, но меньшей плотности вращается медленнее», — говорит профессор Герхардт Мейрер (Gerhardt Meurer) из Университета Западной Австралии.
Правда, исследователи делают оговорку, что для подтверждения этого универсального закона следует провести измерения по более широкому набору дисковых галактик, чтобы полностью исключить предвзятость при отборе.
Кроме того, учёные обращают внимание, что на внешней границе галактического диска находятся не только плотные скопления молодых звёзд и межзвёздного газа, но и большое количество намного более старых звёзд, смешанных с молодыми и межзвёздным газом. У галактического диска довольно чёткая граница. Зная скорость вращения, можно вычислить радиус и быстрее обнаружить эту границу.
Авторы научной работы говорят, что после долгожданного вступления в строй радиотелескопа Square Kilometer Array (SKA) в их распоряжение поступит огромный массив данных о галактиках. Тогда точная наводка, где искать границы галактики, поможет при обработке этого большого количества информации.
Научная работа опубликована 9 марта 2018 года в журнале The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (doi: 10.1093/mnras/sty275, pdf).
Комментарии (36)
denis64
15.03.2018 21:39Не укладывается в голову вывод о том что галактики с момента своего создания сделали меньше 13 оборотов, а некоторые даже меньше того.
PwrUsr
15.03.2018 21:52Интересно, сколько "весит" само пространство? Может темная материя и есть само пространство скомканное массой галактики, и добавляющее туда еще порядочный вес. А когда оно ровное то его вес не чувствуется так как он есть нулевая точка отсчета....
denis64
15.03.2018 22:07Вы можете прямо сейчас подумать над этой гипотезой попробовав с её помощью обяснить форму галактики «Скопление Пуля»
Aberro
16.03.2018 23:15Если не ошибаюсь, пространство и в самом деле что-то да «весит» — во-первых, тёмная энергия по сути является энергией вакуума, плюс, помимо неё, есть ещё и ненулевое поле Хиггса, которое так же вносит вклад в энергию вакуума, а так же нулевые колебания (виртуальные частицы). Но вот точных чисел не подскажу.
mat300
15.03.2018 22:17Симуляция… итить ее за ногу
tormozedison
15.03.2018 23:05Это — симуляция! Какие у неё ноги? Может, вы ещё скажете, что я ей между квантов пространства заглядываю?
4erdak
15.03.2018 22:49-1Согласно статье из журнала Astrophysical Journal Letters, расстояние до Полярной звезды составляет 323 световых года, что намного ближе, чем считалось ранее (434 световых года, разница в 111 световых лет).
По словам астрономов, уточненные данные могут помочь им в решении таких загадок Вселенной, как, например, поиск темной энергии.
Напомним, что Полярная звезда относится к классу пульсирующих звезд, которые имеют точную зависимость «период-светимость». Они помогают астрономам в определении расстояний в космосе.
Так как Полярная звезда является ближайшей к нашей системе, то точное расстояние до этой звезды является своеобразным ориентиром для измерений других цефеид.
Читать полностью: www.km.ru/science-tech/2012/12/04/issledovaniya-rossiiskikh-i-zarubezhnykh-uchenykh/698731-polyarnaya-zvezda-o
И это, Карлы, астрономы в соседних звездах теряются не могут к ним расстояние определить с первого раза, а тут аж на миллиарды лет счет идет.
Каким образом они определяют скорость оборота каждой галактики, они что наблюдали за ними миллиард лет, или откуда такие выводы. Солнце обращается с периодом 220-240 миллионов лет вокруг центра галактики(даже тут точность оставляет желать лучшего), тогда какая именно часть этой галактики вращается в миллиард лет о чем речь.
mehos
16.03.2018 12:46Так как Полярная звезда является ближайшей к нашей системе
Штаа? Ближайшая пульсирующая? Тоже нет. Что они имели в виду?
maratmus
16.03.2018 08:03Мне статья кажется полностью вторичной. Уравнение Талли-Фишера давно известно, постоянство скоростей на больших радиусах (из-за доминирования массы тёмной материи) тоже. Значит, раз линейная скорость звёзд почти не меняется с удалением от центра, то всегда найдётся такое расстояние (и оно достаточно велика), чтобы звёзды на нём двигались с периодом 1Gyr.
Заголовок громкий, но по сути они не предлагают ничего нового, кроме отсчёта размеров галактики не по характерному радиусу (который соответствует эллипсу, внутрь которого попадает половина излучения), а по какому-то трудно-определимому «полному радиусу».
При том, что, вообще, это абсолютно нетривиальная задача — установить границы галактики, так и сами авторы в статье определяют её на глаз (это не фигура речи — там так и написано «by eye»). К тому же эта граница будет в каком-то фильтре (или в принципе — в оптическом диапазоне), то есть для удалённых галактик это будет соответствовать УФ излучению, что существенно меняет радиус.
И, наконец, начав с такого яркого заголовка, авторы в статье так и не приводят гистограммы или графика, который наглядно бы показал новую закономерность.kauri_39
16.03.2018 13:18Объясните, пожалуйста, почему нет противоречия между зависимостью Талли-Фишера и открытым постоянством скорости вращения галактик вне зависимости от их массы (светимости).
В тексте написано: "«… вы не найдете быстро вращающуюся плотную галактику, в то время как другая галактика такого же размера, но меньшей плотности вращается медленнее», — говорит профессор Герхардт Мейрер (Gerhardt Meurer) из Университета Западной Австралии." Но ведь галактика меньшей плотности (с меньшим числом звёзд) явно имеет меньшую светимость, и поэтому, согласно Талли-Фишеру, должна вращаться медленнее?maratmus
16.03.2018 23:51Закон Талли-Фишера связывает массу галактики (получаемую из полной светимости) с угловыми скоростями (получаемыми из уширения спектральных линий). Там степенная зависимость, но это не важно.
Период обращения T=2Pi/w = 2Pi*R/V, где w — угловая скорость, V — линейная. То есть чем галактика массивнее, тем больше её радиус, но тем быстрее она вращается (как раз из закона Т-Ф) и в итоге период остаётся неизменным. То есть вывод авторов статьи — это фактически подтверждение закона Т-Ф.
Надеюсь, я ответил на ваш вопрос (как я его понял)
4erdak
16.03.2018 13:48То есть вас смущают только размеры галактик, а то что солнечная система вращается вокруг центра не за какие не 1 миллиард лет это не смущает?
unclejocker
16.03.2018 17:43Во 1-х, галлактика вращается не как твердое тело, разные части со своей скоростью. Во 2-х, Солнечная система не на краю.
4erdak
16.03.2018 18:47Единым целым может быть только твердое тело, а скорость вращения каждого отдельного тела в галактике подчиняется обычным законам Ньютона, то есть зависит от радиуса орбиты и находящейся внутри этой орбиты массы
maratmus
16.03.2018 23:36Ваше представление очень упрощено. В целом, законы Ньютона, конечно, выполняются, но только мы не знаем точного распределения тёмной материи, к тому же вот эта часть «зависит от радиуса орбиты и находящейся внутри этой орбиты массы» работает только при равномерном распределении массы, а для галактик, особенно спиральных, это совсем не так. Поэтому и вращение рукавов галактик — это очень сложный динамический процесс.
kaichou
16.03.2018 10:11Define «радиус галактики».
Выбрали левое число из уравнения — и давай вокруг него сенсацию строить, обозвав «радиусом галактики».
Хочется спросить, а галактика в курсе, что у неё такой радиус?
perfect_genius
16.03.2018 12:42
alexhott
Ну все правильно, если галактика вращается быстрее, а линейные скорости там порядочные. В том смысле что на несколько порядков больше чем те к чему привык обычный человек.
И тут вспоминаем Ньютона — крутится то она может и быстрее, но время для нее течет на столько-же помедленнее, а со стороны все крутятся одинаково.
Ksiw
Другими словами, скорость вращения галактик обусловлена свойствами пространства.
artskep
Несколько напрягает цифра в миллиард лет. Либо ну очень уж неточная (но тогда ценность подобного вывода страдает) либо выглядит странным, что период обращения Земли вокруг Солнца внезапно стало кратно периоду обращения галактик степенью, определяющейся количеством пальцев на руках человеков :-)
maxzhurkin
Но у человека на руке 5 пальцев, а не
69hdfan2
Кстати, миллиард лет — это с неплохой точностью ?*10^16 секунд.
shadovv76
и что тут фундаментального, если секунда придумана человеком, а ПИ выражено в десятипалечной системе ...?
hdfan2
А я разве написал, что это что-то фундаментальное? Так, забавное наблюдение (как и то, что ? секунд — это один нановек, что иногда позволяет быстро оценивать промежутки времени).
hurtavy
там речь идёт о порядке величины. То есть если на пальцах, то все галактики обращаются за 1-10 миллиардов лет. Ни за 10 миллионов, ни за 10 миллиардов необнаружено
pacaya
время на таких скоростях не может получить заметного релятивистского замедления. К примеру, радиус Млечного Пути равен 50 000 световых лет, значит периметр – приблизительно 300 000 световых лет. А период обращения — порядка 300 000 000 лет. Релятивистское замедление на таких скоростях будет гораздо меньше 1%.
Xalium
так в статье же сказано, что оборот примерно за 1 миллиард лет, а не 300 000 000.
pacaya
Данные приблизительные и взяты из Википедии. Все зависит от того, что считать радиусом, я так понимаю. Но в случае одного миллиарда линейная скорость будет еще нижне. Да и я пытался оценивать порядки, а не точные величины.
coturnix19
Судя по статье, это время обращение края — галактика же не твердое тело и внутренние области вращаются быстрее. А мы как раз не на краю, а скорее даже немного ближе к центру чем к краю, емнип.
hurtavy
вы хотя бы на графики посмотрите, там разброс скоростей около порядка. То есть «оборот примерно за 1 миллиард лет» на до читать «оборот за время, не более чем в 10 раз отличающееся от миллиарда лет»