|
Космические розыгрыши
В 1988 г. двумя сотрудниками Крымской астрофизической обсерватории Котовым В.А. и Лютым В.М. была опубликована статья "Осцилляции компактных внегалактических объектов с периодом 160,01 мин и возможные космологические следствия". Приводим аннотацию этой статьи в Реферативном журнале "Астрономия" (РЖА) с некоторыми сокращениями:
"Прежний анализ авторов UBV - фотометрии квазара 3С 273 и сейфертовской галактики NGC4151, позволявший обнаружить у них следы "повсеместных" осцилляций с периодом Ро=160,0101 (±I)m распространен на активные ядра других галактик. Период Ро впервые был открыт на Солнце, а впоследствии Котовым была выдвинута гипотеза о космологическом происхождении этого периода.
Периодический эффект не может быть объяснен ни погрешностями наблюдений, ни какими-либо артефактами процедуры обработки материала. Подчеркивается, что вопрос об истинной природе 160m осцилляций Солнца с их "повсеместными" проявлениями до сих пор остается открытым. Теперь же теория встречается с еще большей трудностью, поскольку одно и то же значение периода наблюдается у далеких объектов, имеющих разные скорости удаления.
Высказано предположение, что период Ро может иметь статус предпочтительного временного масштаба во Вселенной.
Последний, по-видимому, позволяет избежать сингулярности, существующей в стандартной космологии Большого взрыва".
Надо признаться, что заключительные две фазы резюме вносят в сознание некоторую мистическую взволнованность.
Сразу же после ознакомления с этой статьёй нами была опубликована ответная статья "Космический розыгрыш?" Аннотацию этой статьи в РЖА привожу полностью:
"Показывается, что найденные Лютым В.М. и Котовым В.А. "повсеместные" осциллции излучения далеких компактных внегалактических объектов с периодом 160,01 мин являются следствием существования артефакта при обработке фотометрических материалов. Артефакт возникает вследствие отсутствия в методике фотометрических измерений учета влияния на величину измеряемого блеска космического объекта фона свечения ночного неба, который при наличии солнечных осцилляций с периодом Т=160,0101 мин становится переменным во времени и по направлению вследствие отражения солнечного излучения на разреженных кометных облаках газа в околосолнечном пространстве."
Слово "артефакт" происходит от латинского arte - "искусственно". То есть "повсеместные" осцилляции, приписываемые авторами ядрам галактик, есть просто следствие неправильной методики измерения блеска космических объектов, не учитывающей отражения солнечного света от разреженных кометных облаков.
По-видимому, авторы статьи об осцилляции внегалактических объектов реферативный журнал не просматривали, потому что в последующие годы они неоднократно повторно публиковали статьи с аналогичным содержанием, но с каждым разом делая всё более впечатляющие выводы:
2003 год: "Независимость периода от красного смещения z говорит в пользу космологической природы явления ("когерентная космическая осцилляция" Вселенной). Если наши результаты… подтвердятся, они потребуют пересмотра стандартной модели Вселенной, основанной на гипотезе о Большом взрыве"
2005 год: "Предполагается, что "универсальность" осцилляции связана с квантовой нелокальностью фотонов и вещества во Вселенной. Феномен может дать новый ключ к разгадке старой тайны фундаментальной физики - принципа Маха. Согласно гипотезе Котова и Лютого (1988), "универсальное" Р0 - колебание отражает новое физическое свойство пространства/времени/материи"
Надо отдать должное мировому научному сообществу - "универсальное Р0-колебание пространства/времени/материи", открытое в Крымской обсерватории, не было воспринято всерьёз. Как правило, за такими "потрясающими" основы физики открытиями стоит элементарная неточность в интерпретации результатов наблюдений. Вспомним недавний тому пример - нашумевшую аномалию "Пионеров", оказавшуюся банальным отражением теплового излучения от вогнутых антенн.
Однако данная статья задумана не ради того, чтобы вспомнить курьёзное "открытие" В.А. Котова и В.М. Лютого. Цель статьи - показать, что красное смещение космических объектов (галактик, скоплений галактик, квазаров) также может быть объяснено без введения таких гипотетических сущностей, как взрывающиеся сингулярности, ненаблюдаемая тёмная материя и необъяснимая тёмная энергия. Работы же Котова и Лютого упомянуты только ради того чтобы показать, что учёт фона ночного неба позволяет избежать неправильной интерпретации астрономических наблюдений.
Многочисленные особенности наблюдаемых красных смещений космических объектов в полной мере удаётся объяснить на основании учёта двух вполне заурядных явлений - фона ночного неба и аккреции (падения) межгалактического газа на ядра галактик. Нужно просто провести внимательный анализ того, что следует из совокупности этих двух явлений. При проведении такого анализа, разумеется, следует учитывать сведения о структуре галактик, накопленные астрономами за всё предшествующее время.
В общих чертах идея аккреционно-фоновой природы красного смещения излучения галактик изложена здесь
Аккреция межгалактического газа на центр галактики под действием гравитации начинается с некоторого расстояния, называемого аккреционным радиусом. В зависимости от типа галактики аккреционный радиус в 1,5-2 раза больше радиуса звёздного диска галактики. На рис.1 сфера с таким радиусом показана пунктиром. Если у галактики нет собственного магнитного поля, то аккреция происходит по радиальным направлениям. При наличии у галактики собственного магнитного поля в рассматриваемую картину вносятся корректировки, о чём будет сказано ниже.
 Рис. 1
Фон ночного неба определяется рядом явлений: фотохимическими процессами верхних слоёв атмосферы, рассеянием излучения Солнца на межпланетных облаках пыли и газа, излучением слабых и неразрешенных звезд нашей Галактики и далеких слабых галактик. Особенно велика отрицательная роль случайных флуктуаций фона ночного неба, обусловленных тем, что свечение атмосферы изменяется в среднем каждые 2-3 минуты на величину около 2%. А галактическая и внегалактическая составляющие фона могут давать мощные кратковременные световые вспышки, превышающие иногда интенсивность фона в 70 раз. Влияние фона ночного неба на фотометрические наблюдения неустранимо и приводит к тому, что для далёких галактик периферийные области становятся ненаблюдаемыми.
Межгалактический газ ударными волнами нагрет до температуры в 107-108 0К. При такой температуре газ полностью ионизован. В силу большой разреженности (порядка одной частицы на один кубический метр) столкновения частиц газа маловероятны и это препятствует его охлаждению. Однако с началом аккреции плотность газа начинает быстро возрастать и столкновения частиц газа становятся более частыми. При столкновениях происходит излучение энергии и за счёт этого охлаждение газа. При подлёте к краю звёздного диска галактики аккрецирующий газ успевает полностью охладиться и стать нейтральным. При дальнейшей аккреции к центру галактики излучение газа обусловлено ионизацией за счёт столкновения аккрецирующих частиц между собой и с частицами галактического газа и последующей за этим рекомбинацией. Такой механизм излучения называется рекомбинационным.
В начале процесса аккреции рекомбинационное излучение межгалактического газа слабое. Но по мере падения газа его плотность увеличивается, а скорость падения возрастает вплоть до релятивистских значений. Вследствие этого, начиная с некоторого расстояния до центра галактики, излучение аккрецирующего газа начинает доминировать над излучением звёзд. И это доминирование тем значительнее, чем меньше становится расстояние до центра галактики. Так как из-за наличия фона ночного неба периферийные области галактики невидимы, то для далёких галактик прибор фиксирует в спектре преимущественно излучение аккрецирующего газа (рис.1). Причём, чем дальше галактика, тем из более глубоких её слоёв получают спектр. Поэтому спектры излучения близких галактик определяются излучением звёзд, а спектры очень далёких галактик определяются излучением аккрецирующего газа. В промежутке от близких до очень далёких галактик наблюдаются спектры, содержащие оба вида излучения в разных пропорциях.
Спектр удалённой галактики, как правило, имеет вид, показанный на рис.2: на непрерывный спектр накладываются яркие эмиссионные и тёмные абсорбционные линии.
 Рис. 2
Каждый химический элемент характеризуется собственной, присущей только ему серией эмиссионных или абсорбционных линий. Для примера на рис.3 показаны фрагменты линий излучения (вверху) и линий поглощения (внизу) для натрия. Как видим, рисунки спектров совпадают. Это и понятно - какие кванты энергии способен излучать данный химический элемент, такие же кванты энергии он способен и поглощать.
 Рис. 3
Чтобы найти красное смещение конкретной галактики, нужно в её спектре выделить серию, соответствующую некоторому химическому элементу. После этого появится возможность установить, насколько эта серия смещена в красную сторону, что и позволит определить красное смещение излучения галактики.
Красное смещение z содержит доплеровскую и гравитационную компоненты. Доплеровская компонента zD определяется скоростью удаления излучающего газа от наблюдателя. Гравитационное смещение zG происходит за счет изменения энергии излучённого фотона, обусловленной работой сил гравитации при движении от точки излучения до фотопластинки. Гравитационная компонента начинает играть заметную роль только при больших расстояниях до галактики. Хотя "большое расстояние" - понятие относительное и для больших и малых галактик "большое расстояние" неодинаково.
Если галактика не имеет собственного магнитного поля, то яркие эмиссионные линии в спектре галактики обусловлены излучением из тонкого сферического слоя, заключённого в телесном угле ∼60° (рис.4). На рис.4 пунктиром показаны поверхности, на которых постоянна zD, а сплошными линиями - поверхности, на которых постоянна zG. Излучающий слой соответствует той области, где эти поверхности соприкасаются.
 Рис. 4
Этот излучающий слой назван эмиссионным, на рисунке он закрашен.
Разумеется, излучение идёт и из других областей галактики. Но дело в том, что в более удалённых от центра слоях излучение будет слабым из-за малости скорости аккреции и потому его влияние на спектр незначительно. В более же глубоких слоях, напротив, скорость аккреции возрастает слишком быстро. Это приводит к сильному уширению эмиссионных линий и, следовательно, снижает возможность их наблюдения.
Чем дальше от наблюдателя галактика, тем глубже расположен эмиссионный слой и тем меньше его радиус. И наоборот, чем ближе к наблюдателю галактика, тем больше радиус у эмиссионного слоя. Для достаточно близких галактик радиус эмиссионного слоя оказывается больше радиуса звёздного диска галактики (рис.5). В этом случае внутри эмиссионной сферы оказывается мощный источник непрерывного излучения в виде совокупности излучающих звезд галактики. Если при этом будет выполнено условие: мощность излучения звезд больше мощности излучения аккрецирующего газа, то наблюдатель получит на фотографии спектр поглощения. Причем линии поглощения "садятся" на непрерывный спектр в области "эмиссионной" сферы, т.е. получается та самая картина, которая объясняет все свойства спектров поглощения нормальных галактик.
 Рис. 5
У далёких галактик эмиссионных слоёв может быть более одного, что зависит от распределения массы по объёму галактики. Этим фактом можно объяснить наблюдаемые в некоторых случаях в спектре галактики серии линий с различными красными смещениями.
В случае наличия у галактики собственного магнитного поля вывод о наличии излучающих эмиссионных слоёв остаётся в силе, но появляются некоторые дополнительные особенности.
Магнитные поля галактик изучены ещё плохо. Лучше всего обстоит дело с полями спиральных галактик. Среди исследованных спиральных галактик, крупномасштабное магнитное поле которых удалось идентифицировать, около 80% составляют галактики с дипольным или квадрупольным магнитным полем. Структура этих полей показана на рис. 6.
 Рис. 6
Если наблюдатель расположен по отношению к галактике так, как показано на рис.7, то межгалактический газ аккрецирует на полюс не прямолинейно, а соскальзывает по магнитным линиям, создавая "эффект воронки". Это явление должно приводить к тому, что в спектр будет попадать в основном излучение, идущее со стороны полюса.
 Рис. 7
Если галактика расположена по отношению к наблюдателю так, как показано на рис.8, то эффект останется, только видимая скорость аккреции будет равна проекции истинной скорости на луч зрения. Соответственно, в этом случае красное смещение окажется меньше. Это означает, что красное смещение галактик зависит от их ориентации по отношению к наблюдателю.
 Рис. 8
Прежде, чем рассматривать следствия из аккреционно-фонового механизма красного смещения, стоит подчеркнуть, что при получении этих следствий не было выдвинуто ни одной вспомогательной гипотезы. Были использованы только хорошо известные астрофизикам сведения - аккреция, наличие фона ночного неба и информация о структуре галактик. Из этих сведений строго логически, на основании хорошо проверенных законов физики были получены следующие результаты.
Красное смещение z прямо пропорционально некоторой степени расстояния r и обратно пропорционально степеням массы галактики М и диаметра галактики D
Конкретные значения показателей m, n, p зависят от соотношения доплеровской zD и гравитационной zG компонент в красном смещении z. Из зависимости (1) видно, что для галактик малых масс М и диаметров D, красное смещение z может оказаться большим даже при сравнительно небольших расстояниях r. Для массивных галактик с большими диаметрами такое же значение z получится при значительно б0льших удаленностях r.
В связи с этим, расстояния до малых галактик, вычисленные по закону Хаббла, могут оказаться завышенными на 1-2 порядка. Из-за этого при интерпретации наблюдательных данных возможны ошибки, связанные с тем, что близкая компактная галактика, проецирующаяся на более отдаленное скопление, будет причислена к этому скоплению. Если угловой размер галактики малой галактики окажется меньше 0,01", то она будет восприниматься как квазар. Кроме того, из-за завышения расстояния до малых галактик происходит завышение их видимых линейных размеров и мощностей их излучения на 2-4 порядка и даже более. Это приводит иногда к наблюдениям таких "загадочных" свойств квазаров, как изменение расстояний между квазарами со скоростью, превышающей скорость света в 10 раз, или необъяснимая грандиозность амплитуды колебания излучения.
Если zD > zG, то гравитационной составляющей в красном смещении можно пренебречь и принять z ≈ zD. В этом случае формула (1) упрощается и принимает вид:
В - константа.
Согласно формуле (2) красное смещение z линейно зависит от расстояния r. Поэтому формула (2) аналогична закону Хаббла. Для галактики, подобной Млечному Пути, zD > zG до расстояния 2,6 млрд. световых лет. При дальнейшем увеличении расстояния гравитационная составляющая возрастает гораздо интенсивнее доплеровской (рис.9). В этом случае результирующее красное смещение z с увеличением расстояния r растёт нелинейно и очень быстро. Это означает, что для данной галактики предельным расстоянием для применимости закона Хаббла является расстояние 2,6 млрд. световых лет. Для галактик менее массивных предельное расстояние для применимости закона Хаббла может оказаться ещё меньше в десятки раз.
 Рис. 9
Сейчас, когда наблюдательная техника работает на пределе возможностей, доступны наблюдению только массивные галактики больших диаметров. На тех расстояниях, которые сканируют телескопы, малые галактики давно уже стали невидимыми. Если рубеж расстояния, при котором zG = zD ещё не перейдён, то следует ожидать, что в скором времени это произойдёт. И тогда при zG > zD наблюдаемые красные смещения галактик резко возрастут, что в очередной раз поставит астрофизиков в тупик.
Зключение. Два хорошо изученных явления (аккреция и фон ночного неба) позволяют объяснить все наблюдаемые красные смещения, особенности спектров галактик как далёких, так и близких и ряд "загадочных" явлений (наличие в спектре галактики серий с различными красными смещениями, разлёт квазаров со скоростью превышающей световую и др.). Возникает вопрос, целесообразно ли для объяснения красного смещения вводить гипотезы Большого взрыва, инфляции, тёмной материи и тёмной энергии? Не столкнулась ли наука и в этом случае с космическим розыгрышем, устроенным астрофизикам Природой?
1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта, 11 октября 2012 года
3. Автор статьи Л.М. Топтунова
для проекта 'Астрогалактика'
Главная страница раздела
|
