Астрофизика – и ее понятия. Насколько можно доверять выводам астрофизиков?


Карта сайта

            
Астрономия
древнейшая из наук
 Античная астрономия
 Хронология астрономии
 Современная астрономия
Основы астрономии
 Начала астрономии
 Время и небесная сфера
 Созвездия
 Движение небесных тел
 Астроприборы
 Астрофизика
 Обзоры астрооборудования
 Астрономические наблюдения

Общая астрономия
 Солнечная система
 Звезды
 Наша Галактика
 Внегалактическая астрономия
 Внеземные цивилизации
 Астрономы мира и знаменательные даты

Дополнительно
 Форумы Astrogalaxy.ru
 Астрономия для детей
 Планетарии России
 Это интересно
 Новости астрономии
 О проекте






Насколько можно доверять выводам астрофизиков?


Гениальный датский физик Нильс Бор в конце 50-х годов прошлого столетия, выступая в дискуссии по поводу новой теории элементарных частиц его ученика Гейзенберга, сказал: "Это, конечно, сумасшедшая теория. Однако она мне кажется недостаточно сумасшедшей, чтобы быть правильной новой теорией".

Нильс Бор - известный острослов. Молодые физики в его институте даже составляли классификацию его афоризмов. Но главное - не остроумие Нильса Бора, главное то, что он был гением. И его слова о сумасшедших теориях не стоило понимать слишком буквально. Возможно, он имел в виду умение посмотреть на факты под неожиданным углом зрения. Но слова весёлого гения были произнесены и, соответственно, приняты физиками на вооружение. А так как физиков куда больше, чем гениев, то "сумасшествие" идей стало считаться хорошим тоном, независимо от их научной ценности. Это постепенно выродилось в научную вседозволенность и безответственность. Рассмотрим для примера "доказательство" существования странствующих чёрных дыр. Ход "доказательства" таков. Одна из двух черных дыр, которые находились в центрах столкнувшихся галактик, была выброшена в процессе их слияния в мировое пространство несимметричным излучением гравитационных волн и теперь где-то там странствует.

Во-первых, существование чёрных дыр прямыми наблюдениями пока не доказано. Скорее, имеет место обратное явление. Для нашей Галактики установлено, что никакой чёрной дыры в центре Галактики нет. А согласно принципу заурядности, ни Земля, ни Солнце, ни наша Галактика не выделены во Вселенной, а являются её типичными рядовыми явлениями. Следовательно, если нет чёрной дыры в центре нашей Галактики, то в центрах других галактик чёрных дыр тоже быть не должно. Впервые принцип заурядности был введен Коперником при переходе от геоцентрической системы мира к гелиоцентрической. А сейчас уже он является общепризнанным научным принципом и широко применяется в космологии, даже в тех случаях, когда обсуждается не наблюдаемое явление, а гипотетическое.

Во-вторых, многочисленные попытки зафиксировать гравитационные волны тоже не увенчались успехом, хотя ищут их с конца 1960-х годов. То есть гравитационные волны также следует отнести к гипотетическим явлениям. Таким образом, гипотетическое событие - выброс чёрной дыры - обосновано с помощью двух гипотетических понятий (чёрная дыра и гравитационные волны). И вот уже пространство Интернета бороздят многочисленные блуждающие чёрные дыры и никому в голову не приходит усомниться в реальности этого явления. Введите в поисковик "блуждающие чёрные дыры" и убедитесь в этом сами.

Ещё более интересная история у понятия "тёмная материя". Впервые идею о существовании некой тёмной материи высказал в 1937 году швейцарский астроном Фриц Цвики. Согласно его наблюдениям в скоплениях галактик должна существовать скрытая масса, так как массы наблюдаемого светящегося вещества недостаточно для удержания быстро движущихся галактик в пределах скопления. Почти до конца двадцатого столетия недостающую массу искали в форме обычной барионной материи. Но поиски были безрезультатными. Забегая вперёд, подчеркнём, что к настоящему моменту эти поиски уже увенчались успехом (см., например, сообщение "Потерянные" барионы в Галактике, Успехи физических наук, 1 ноября 2012. Запомним этот факт. Ниже мы ещё вернёмся к вопросу о том, с помощью каких наблюдений была обнаружена недостающая барионная материя.

Но вот с конца прошлого столетия все астрофизики как-то вдруг вспомнили про допустимость "сумасшедших" идей, которые на то и сумасшедшие, что можно не очень утруждаться их обоснованием. И астрофизика зафонтанировала "открытиями" тёмной материи, которая есть не просто невидимая прежними средствами наблюдения обычная барионная материя. Ни в коем случае! Это принципиально не наблюдаемая никакими приборами материя, так как она не испускает электромагнитного излучения и не взаимодействует с ним. Её можно обнаружить только по создаваемым ею гравитационным эффектам.

Но даже принципиально ненаблюдаемая материя должна иметь какую-то структуру, чтобы создавать гравитационные эффекты. И физики сосредоточились на выяснении структуры этой принципиально не наблюдаемой тёмной материи. Притягивая барионную материю, тёмная материя каким-то образом действует на атомы этой материи. Исходя из предположения, что частицы тёмной материи, названные вимпами, действуют на ядра атомов, было тщательно подготовлено несколько экспериментов для регистрации этих частиц. Но ни один из этих экспериментов не увенчался успехом. Тогда было выдвинуто предположение, что вимпы действуют не на ядра атомов, а на электроны. Но и в этом случае анализ проведенных экспериментов не дал ожидаемых результатов. Вот на данный момент и получается, что тёмная материя никакой структуры не имеет, но барионную материю каким-то образом притягивает.

Не выяснив структуры тёмной материи, астрофизики задались целью выяснить её глобальные свойства. Для этого использовали фотографии столкновений скоплений галактик. К данному времени имеется шесть фотографий высокоскоростных столкновений скоплений галактик. Тёмную материю в этих шести случаях находили методом гравитационного линзирования и наносили на фотографию скопления. Обычно предполагаемую тёмную материю изображали синим цветом. На упомянутых шести фотографиях тёмная материя соседствовала с обычной барионной массой галактик. В публикациях обычно демонстрируют фотографию скопления Пули (рис.1). Исходя из вида этих шести фотографий, главным определяющим свойством тёмной материи объявили следующее - барионная масса скоплений всегда следует за темной материей.


Рис. 1









Но вот в 2007 году были получены данные для скопления Abell 520, из которых следовало, что главное определяющее свойство тёмной материи не выполняется -произошло разделение темной материи и обычной массы галактик (рис.2).


Рис. 2









Естественно, эти данные ученые посчитали ошибочными и публиковать их не стали. Перепроверка полученных результатов длилась 5 лет. При этом были задействованы

1) телескоп в обычной оптике на Гавайях ( на фото оранжевый цвет),

2) рентгеновской телескоп НАСА Чандра (зелёный цвет),

3) данные гравитационного линзирования (синий цвет).

По результатам проверки пришлось признать - да, барионная масса галактик уходит от предполагаемой тёмной материи.

При сопоставлении с прежними данными получился удивительный результат - в разных участках Вселенной действуют разные физические законы. В одних областях Вселенной галактики следуют за тёмной материей, а в других областях не обращают на тёмную материю никакого внимания. Но всем было ясно, что так не бывает. И физики поспешили спасать ситуацию. Было выдвинуто предположение, что вообще-то объекты темной материи проходят друг сквозь друга без торможения, но некоторая часть темной материи является вязкой (липкой), взаимодействует сама с собой, и остается позади. Что думают по поводу подобных теорий читатели, можно посмотреть здесь и здесь

Чтобы объяснить кажущееся противоречие, вернёмся к вопросу о том, с помощью каких наблюдений была обнаружена в нашей Галактике недостающая барионная материя. Окончательную ясность в вопрос, можно ли объяснить кривые вращения галактик с помощью одной только барионной материи, или придётся признать неизбежность введения "тёмной материи", внёс запуск 24 июня 1999 года орбитального космического телескопа FUSE, работавшего в ультрафиолетовом диапазоне. Работа телескопа планировалась на три года, но аппарат проработал 8 лет до 18 октября 2007 года. За это время был собран богатый наблюдательный материал. В окрестностях нашей Галактики было обнаружено большое число облаков высокоионизованного барионного газа, способного излучать только в ультрафиолетовом диапазоне и потому не обнаружимого никакими прежними наблюдениями. Полная масса излучающих в ультрафиолете барионов и составила ту недостающую "тёмную материю", которая позволила объяснить кривую вращения нашей Галактики без привлечения гипотезы о тёмной материи. А далее должен был вступить в действие принцип заурядности: если в нашей Галактике тёмной материи нет, то в других галактиках её тоже быть не должно. По-видимому, в скором времени представится случай проверить универсальность принципа заурядности. Дело в том, что в настоящее время в России ведутся работы по созданию крупной международной космической обсерватории для наблюдений в ультрафиолетовом диапазоне - проект "Всемирная космическая обсерватория - ультрафиолет". Проект УФ включен в Федеральную космическую программу России. Запуск обсерватории запланирован на 2014-2015 годы. По-видимому, в период работы обсерватории она будет единственным астрофизическим инструментом для получения ультрафиолетовых спектров высокого разрешения. И второй галактикой, после нашей Галактики, для которой будет подтверждён чисто барионный состав, скорее всего, будет Туманность Андромеды.

А теперь постараемся объяснить феномены двух столкновений скоплений - Пули (рис.1) и Abell 520 (рис.2), исходя из последних наблюдений за нашей галактикой Млечный Путь с помощью космических телескопов.

Установлено следующее:

Если перенести эти три свойства на все галактики Вселенной, то кажущееся несоответствие между рис.1 и рис.2 получает простое и естественное объяснение. На рисунке 3 схематически показаны последовательные стадии взаимного расположения трёх скоплений. Тёмный цвет - звёздная составляющая, синий цвет - газ гало. Скорости скоплений таковы, что они либо пройдут на близком расстоянии друг от друга, либо столкнутся влобовую, что случается значительно реже.


Рис. 3





Стадия 1 (задолго до столкновения) у наблюдателей не вызывает интереса и её на фотографиях не фиксируют. Стадия 2 (максимальное сближение) вызывает большой интерес, её фиксируют на фотографиях и подвергают всестороннему изучению. Именно эта стадия зафиксирована на фотографии скопления Пуля (рис.1). Стадия 3 тоже вызывает интерес, но только в том случае, если звёздные составляющие скоплений успели разойтись не слишком далеко. Этот случай зафиксирован на фотографии скопления Abell 520 (рис.2).

Рассмотрим подробнее, что происходит в случае, если скопления проходят очень близко друг от друга. Так как скопления окружены массивными газовыми гало, а газ - субстанция обладающая вязкостью, то при встрече скоплений газовые массы гало взаимно затормозятся и начнут перемешиваться, а скопления звёзд, сильно обеднённые газом, уйдут каждое своим путём, подобно тому, как брошенный камень свободно пролетает сквозь два смешивающихся воздушных потока. Для скопления Пуля опубликован подробный снимок с изображениями изофот двух смешивающихся газовых гало (рис.4 слева). Изофоты - это линии равной поверхностной яркости. А на рис.4 справа показана схема того, как газ двух независимых гало начинает смешиваться.


Рис. 4





Масса задержавшегося очень горячего и сильно ионизованного газа может быть обнаружена только в УФ диапазоне. Но ни для скопления Пуля, ни для скопления Abell 520 съёмки в УФ не производились. Поэтому основная масса газа, излучающая в ультрафиолете, осталась невидимой. Вот этот не увиденный газ и принимается за тёмную материю. Для того, чтобы этот газ стал видимым, к съёмкам в обычной оптике и в рентгеновском диапазоне нужно добавить съёмки в ультрафиолете. Но это может произойти не раньше, чем произойдёт запуск проекта УФ, запланированный на 2014-2015 годы.

К сожалению, краткость человеческой цивилизации никогда не позволит зафиксировать все три стадии сближающихся скоплений, показанные на рис.3. Слишком это медленный процесс по человеческим меркам. Известно, например, что скорость сближения двух крупнейших галактик (нашей и туманности Андромеды) происходит со скоростью около 120 км/с. Столкновение же этих галактик (или сближения их на минимальное расстояние) произойдёт приблизительно через пять миллиардов лет, в то время как возраст Земли составляет лишь 4,5 миллиарда лет. При таких временных масштабах понятно, что три стадии взаимного расположения трёх скоплений (рис.3) будут разделены временными промежутками в миллиарды лет. Поэтому астрономам суждено всегда фиксировать только одну из этих стадий. Как же в таком случае получить правильную интерпретацию наблюдаемой картины? Критерий один - не вводить гипотез, которые противоречат свойствам галактики Млечный Путь, установленным прямыми наблюдениями с помощью новейших космических телескопов. А все измышления, которые противоречит этим свойствам, следует брать под сомнение.





1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 15 января 2013 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'



Главная страница раздела

Copyright © 2004 - 2016, Проект 'Астрогалактика' • выпущен 12.07.2004