О ВРАЩЕНИИ ГАЛАКТИК

О ВРАЩЕНИИ ГАЛАКТИК

Борис Ихлов

Введение

В 70-е годы предполагали, что вращение галактик обусловлено их обменом угловым моментом при их близком пролете. Однако данная версия не согласуется с данными наблюдений.

Вращение могло также возникнуть вследствие слияния галактик.

Для объяснения феномена вращения привлекают гипотезу темной материи – но как именно темня материя раскручивает галактики – неизвестно. Используется также модифицированная теория гравитации. Но она не согласуется с данными о вращении карликовых галактик.

Предположения о геометрической асимметрии Вселенной выдвигались с конца 40-х годов [1-5].

Асимметрию, как полагал Вайнберг, можно считать законом природы. ДНК – закручена право (кроме Z-ДНК), существует барионная асимметрия, асимметрия слабого взаимодействия (несохранение четности). Существует асимметрия правого и левого полушарий головного мозга. И сердце – слева.

Космологический принцип, гласит, что на больших расстояниях Вселенная изотропна и однородна. Это означает, что все наблюдатели во Вселенной будут видеть примерно одни и те же структуры, независимо от их местоположения и направления взгляда. Как следствие, Вселенная должна обладать зеркальной симметрией.

Гравитационные волны обладают свойством поляризации, которая может быть как правосторонней, так и левосторонней. То есть волна может как бы «вращаться» по часовой стрелке или против часовой стрелки в направлении своего распространения. Некоторые типы слияний черных дыр могут приводить к преобладанию одной поляризации над другой, нарушая зеркальную симметрию. Однако, если космологический принцип верен, эти превышения должны в среднем быть равны нулю для всех источников во Вселенной.

В новом исследовании ученые измерили поляризацию волн, излучаемых 47 слияниями черных дыр. Результаты оказались не противоречащими космологическому принципу. Однако была выявлена одна отдельная система, известная как GW200129, которая нарушает зеркальную симметрию. Эта система имеет изменяющуюся плоскость орбиты. Более того, многие другие слияния черных дыр также нарушают ее. Однако результаты неоднозначны.

Есть иная зеркальная асимметрия. Несмотря на всю однородность и изотропность вселенной, нельзя увидеть зеркальную туманность Андромеды или зеркальное созвездье Гончих Псов.

Но есть еще один тип зеркальности.

Опубликованный в 2018 году набор данных обсерватории «Planck» показал, что Вселенная является замкнутой, а не плоской, с более чем 99% уровнем достоверности, кривизна Вселенной больше нуля на 4% (данные обсерватории с высокой значимостью показывают закрытую геометрию пространства с ΩK = −0,04). Это означает, что Вселенная замкнута. Если бы геометрия была плоская, то, как показывает анализ, значение этой величины, выведенное из данных «Планка», лежало бы в районе ±0,02. То есть измеряемое отклонение в −0,04 маловероятно [3].

Но замкнутость Вселенной, как легко показать, немедленно следует из ее однородности, изотропии и конечности ее массы. Их принципа относительности следует, что наблюдатель в любой точке Вселенной видит одно и то же расширение.

A___________________M__________________B

Наблюдатель из Млечного пути (M) на расстоянии радиуса Вселенной видит разбегающиеся от него галактики A и B. Наблюдатель из галактики B видит удаляющуюся от него галактику M, но в данном направлении, казалось бы, не может видеть галактику A. В противоположном направлении он также должен видеть однородную расширяющуюся Вселенною. Поскольку он не может видеть другое наполнение Вселенной, он должен видеть то же самое наполнение, то есть, галактику A на расстоянии радиуса Вселенной. То есть, xi = xi + 6,28…R. Это означает, что луч света движется по окружности.

То есть, Вселенная замкнута в виде тора, который также замкнут:

R3 -> R2 x S1 -> R1 x S1 x S1 -> S1 x S1 x S1

Либо ее пространственная геометрия может быть представлена как . Т.е. кривизна Вселенной положительна, не является постоянной: и убывает обратно пропорционально радиусу Вселенной R. Положительность кривизны означает, что теория инфляции неверна.

4) Утверждается, что туманность Андромеды не отдаляется от Млечного пути по закону Хаббла потому, что находится так близко, что силы гравитационного притяжения перевешивают силы отталкивания (по Глинеру). Тем не менее, карликовая галактика в созвездии Скульптора E351-G30 находится на расстоянии почти в 4 раза меньше, чем туманность Андромеды. Однако она не приближается к Млечному Пути, а удаляется.

Спиральные галактики

Кривая вращения дискобразной галактики - график зависимости орбитальных скоростей видимых звезд или газа в этой галактике от их радиального расстояния от центра этой галактики.

Существует значительное расхождение между наблюдаемыми экспериментальными кривыми и кривой, полученной путём применения теории гравитации к материи, наблюдаемой в галактике.

Скорости вращения не подчиняются правилам, характерным для других орбитальных систем, в которых большая часть массы сосредоточена в центре. Звёзды вращаются вокруг центра своей галактики с одинаковой или возрастающей скоростью в широком диапазоне расстояний. В отличие от этого, орбитальные скорости планет в планетных системах и спутников, вращающихся вокруг планет, уменьшаются с увеличением расстояния в соответствии с третьим законом Кеплера. Оценки массы галактик, основанные на излучаемом ими свете, слишком занижены, чтобы объяснить наблюдения за скоростью. Чтобы объяснить противоречие, вводят темную материю. Однако ее введение не объясняет механизма вращения.

В статье Lior Shamir «Распределение вращения галактик в JWST» автор утверждает, что анализ спиральных галактик по направлению их вращения в JADES показывает, что число галактик в этом поле, вращающихся в противоположном направлении относительно галактики Млечный Путь, на ∼50 % больше, чем число галактик, вращающихся в том же направлении относительно Млечного Пути.

В результате обработки изображений JWST GOODS-S были получены аннотации для 263 галактик, по которым было определено направление их вращения. Из них 105 галактик вращаются против часовой стрелки, а 158 – по часовой стрелке.

Эти данные нельзя рассматривать как доказательство чего-либо, т.к. не учтены вращающиеся эллиптические галактики.

Эти данные также противоречат результатам исследования группы Майкла Лонго в рамках проекта Sloan Digital Sky Survey (SDSS), которая изучила изображения более 15 158 спиральных галактик со стороны северного полюса Млечного Пути, определяя, в какую сторону они закручены - по часовой стрелке или против. Исследователи искали зеркальную симметрию во Вселенной, предполагая, что правых и левых галактик должно быть поровну. Оказалось же, что левых - тех, что вращаются против часовой стрелки, - заметно больше. На глубине порядка 1,2 млрд. световых лет асимметрия сохранялась. Последователи Лонго из Lawrence Technological University с помощью специальной компьютерной программы исследовали 250 тыс. спиральных галактик, на глубине 3,4 млрд. световых лет и также обнаружили больше левых галактик, чем правых (Longo M. J. Detection of a dipole in the handedness of spiral galaxies with redshifts z ~ 0,04. Phys. Lett. B. 2011. V. 699. Is. 4. P. 224-229).

Лонго утверждает, что нарушение симметрии составляет всего около 7%, но вероятность того, что это такая космическая случайность – 10-6 , т.е. полученные результаты противоречат представлению, что Вселенная в достаточно большом масштабе однородна и симметрична.

Ранее слабая анизотропия реликтового излучения, 10-5, служила для обоснования космологического принципа – однородности Вселенной. Но та же слабая анизотропия может служить для обоснования возможности вращения Вселенной. Наблюдения за распределением реликтового излучения начались в 80-90-х. На основании данных спутников «РЕЛИКТ-1» и COBE было заявлено о неоднородности излучения. Позднее более подробные данные были получены с помощью аппаратов WMAP и «Планк».

В 2005 г обнаружена т.н. ось зла - протяжённая область, вокруг которой происходит ориентация всей структуры Вселенной. Данные о такой анизотропии Вселенной получены при наблюдениях реликтового излучения зондом WMAP. М. Тегмарк, А. де Оливейра-Коста, Э. Гамильтон обнаружили аномальное мультипольное выравнивание в данных. Название феномену было дано Жуаном Магейжу, наблюдая за «тёплыми» и «холодными» областями флуктуаций реликтового излучения он выявил, что эти флуктуации на самых больших масштабах расположены не случайным образом, а относительно упорядоченно — в частности, оси квадрупольной и октупольной компонент разложения карты температур реликтового излучения практически совпадают.

Измерения космической обсерватории «Планк», проанализированные к 2013 г., подтверждают наличие отклонений от простой картины на самых крупных масштабах Вселенной. Данные «Планка» сравнили с моделями закручивающейся или вытягивающейся в одном из направлений Вселенной - модели Бианки типа VIIh. Шанс того, что наша Вселенная вращается и одновременно с этим растягивается в одном или разных направлениях, составляет 1/121000.

Астрономы под руководством Го Ци из Национальной астрономической обсерватории Академии наук Китая изучали пары спутников в группах галактик. Используя данные обзора Sloan Digital Sky Survey (SDSS) о 813 группах галактик в радиусе около 600 млн световых лет от Земли, команда Ци сосредоточилась на самой массивной галактике в каждой группе и измерила движение пар спутников на противоположных сторонах этой галактики.

Они обнаружили, что доля галактик-сателлитов, вращающихся в противоположных направлениях по отношению друг к другу, то есть обращающихся вокруг большой галактики в противоположных направлениях, выше, чем предсказывают компьютерные модели крупномасштабных структур, такие как Millennium Simulation и модель Illustris TNG300, которые основаны на Стандартной модели, описанной в миссии «Планк».

Ранее на мысль о нарушении симметрии и изотропии на крупных масштабах астрономов наводили другие масштабные аномалии: след космических струн, «синяки» на теле Вселенной и «Тёмный поток».

Гипотеза

Вполне возможно, что данные будут меняться в сторону уменьшения по мере увеличения числа обследуемых галактик.

Чтобы делать выводы об анизотропии вселенной в плане вращения галактик, нужно понимать, почему возникает их вращение.

Предлагаемые механизмы возникновения вращения галактик и звездных систем не выдерживают критики. В то же время не является опровергнутой гипотеза, что вращение космологических систем возникло вследствие искривления пространства в тот период жизни Вселенной, когда сила гравитации была достаточно велика [6].

Возможно, что в определенной точке времени у вращающихся галактик наблюдается своего рода эффект Джанибекова, переворот, хотя и длящийся миллионы лет – вследствие того, что галактики не являются твердыми телами.

Поэтому стоило бы проанализировать, на каком расстоянии от Земли наблюдается больше лево- или, наоборот, правовращающих галактик.

Литература

1. Godel, K. An example of a new type of cosmological solutions of Einstein’s field equations of gravitation // Rev.Mod.Phys.– 1949. – V. 21. – P. 447–45.

2. Whittaker, E.T. Spin in the Universe.//Yearbook of Roy. Soc.-Edinburg, 1945. – P. 5–13.

3. Birch P. Is the universe rotating // Nature. - 1982. - V. 298. - №5873. - P. 451-454.

4. Land K., Magueijo J. Examination of Evidence for a Preferred Axis in the Cosmic Radiation Anisotropy // Physical Review Letters. - 2005. - Vol. 95. - P. 071301-071304. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.95.071301.

5. Liddle A. R., Cortes M. Cosmic Microwave Background Anomalies in an Open Universe. Phys. Rev. Lett. 2013. Vol. 111. P. 111302. DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.111302.

6. Ихлов Б. Л. Динамика солнечной системы. О снования фундаментальной физики и математики. Материалы VII российской конференции 8-9.12.2023. М., РУДН. С. 171-177.