Форум НАУКА > Наука и Будущее
Темная материя опровергает большой взрыв, расширение вселенной и ОТО.
Король Альтов:
История открытия темной материи -1.В 1933 году Фриц Цвикки, приступил к наблюдениям обширного скопления галактик, которое в начале ХХ столетия открыл немецкий астроном Макс Вулф. Оно расположено в 300 млн. световых лет от Млечного Пути и на земном небосводе лежит в районе созвездия Волосы Вероники (Coma Berenices), откуда и получила свое название – скопление Кома. Оно состоит из тысяч галактик, преимущественно эллипсовидных или линзовидных. Спиральных галактик там немного, и они сосредоточены у краев. Это скопление находится вдалеке от центральной плоскости Млечного Пути, звезды, космическая пыль и газ не прячут его от земных телескопов, и для астрономов это воистину идеальный объект наблюдения.
Цвикки изучал особенности движения шести сотен галактик скопления Кома. Для определения скорости этих галактик он использовал доплеровское смещение спектральных линий, что в те времена было весьма непростой задачей. Цвикки также нашел достойное применение известной из теоретической механики теореме вириала. Согласно ей, полная кинетическая энергия стационарной системы, связанной силами тяготения (а галактическое скопление таковой и является), равна половине ее гравитационной потенциальной энергии, взятой с обратным знаком (перемена знака необходима, поскольку потенциальная энергия тяготения отрицательна). Из теоремы вириала следует, что полная масса скопления приблизительно равна его радиусу, помноженному на среднее значение квадратов скоростей галактик и поделенному на гравитационную постоянную (скорости должны быть вычислены относительно центра инерции скопления). С помощью этих формул Цвикки «взвесил» скопление Кома (массу, вычисленную таким способом, называют динамической или вириальной).
Дифференциальные скорости вращения галактик (то есть зависимость скорости вращения v(r) галактических объектов от расстояния r до центра галактики) определяются распределением массы в данной галактике и для сферического объёма с радиусом r, в котором заключена масса M(r), задаются соотношением V(r)=sqrt[G*M(r)/r]
т. е. за пределами объёма M(r), в котором сосредоточена основная масса галактики скорость вращения v(r)=1/sqrt(r) . Однако для многих спиральных галактик скорость v(r) остаётся почти постоянной на весьма значительном удалении от центра (20—25 килопарсек), что противоречит быстрому убыванию плотности наблюдаемой материи от центра галактик к их периферии.
Король Альтов:
История открытия темной материи -2.Полное количество энергии, излучаемой звездой за единицу времени, зависит от ее массы. Подобные зависимости, так называемые отношения масса/светимость, были хорошо известны и в 1930-х. Уже в 1920-х годах астрономы оценили количество звезд различных спектральных классов в нашей Галактике и таким образом весьма точно вычислили их суммарную массу. С помощью статистических методов можно найти соотношения масса/светимость как для галактик, так и для галактических скоплений.
Занимаясь скоплением Кома, Цвикки столкнулся с неожиданностью – звездная масса кластера оказалась почти в 50 раз меньше его вириальной массы! Конечно, расчеты были весьма приблизительные, но расхождение все равно было слишком велико, и чуть позже Цвикки назвал источник избыточной массы темной материей. Спустя три года калифорнийский астроном Синклер Смит таким же образом обработал данные наблюдений ближайшего к нашей Галактике скопления Вирго, удаленного всего лишь на 60 млн. световых лет. Результаты получились еще более впечатляющими – масса скопления, вычисленная на основе его светимости, составила лишь 1% вириальной массы!
Через тридцать с лишним лет после открытия Цвикки проблему темной материи извлекли на свет почти одновременно и независимо друг от друга ученые с трех континентов. В конце 1960-х годов сотрудники Отдела земного магнетизма вашингтонского Института Карнеги Вера Рубин и Кент Форд приступили к наблюдениям нашего ближайшего соседа, спиральной галактики М31, более известной под именем туманности Андромеды. В распоряжении ученых был созданный Фордом электроннооптический преобразователь, позволяющий регистрировать спектры очень тусклых объектов. С его помощью были промерены скорости вращения звезд и газовых облаков, отстоящих на различные расстояния от галактического центра. К этому времени динамика звездных скоплений была известна гораздо лучше, нежели во времена Оорта, поэтому ученые заранее были уверены в результате.
Полной аналогии с движением Земли и прочих планет, естественно, ждать не приходилось. Практически вся масса Солнечной системы сосредоточена в центре, и поэтому в соответствии с законами Кеплера и линейные и угловые скорости планет монотонно убывают по мере удаления от светила. Однако туманность Андромеды, как и прочие спиральные галактики, не имеет доминирующей центральной массы. Поэтому скорости вращательного движения звезд по мере удаления от центра сначала должны возрастать, достигая максимума, после чего постепенно уменьшаться.
Именно такую горбатую кривую и намеревались получить Рубин с Фордом. Но вышло иначе: скорости звезд по мере удаления от центра сначала действительно увеличивались, но затем выходили на плато и падать вовсе не желали. Озадаченные исследователи обнародовали свои результаты в 1970 году. «Мы с Фордом, конечно, знали о гипотезе темной материи, но, приступая к своим исследованиям, о ней не думали и вовсе не планировали ее проверять, – поэтому термин ‘темная материя’ в нашей первой публикации так и не появился».
Вскоре Рубин и Форд переключились на другие проекты и лишь в середине 1970-х с помощью улучшенной аппаратуры определили скорости вращения еще 60 галактик. Кеплеровского распределения скоростей нигде не наблюдалось, и все графики в какой-то степени напоминали кривую, полученную для туманности Андромеды. Эти данные убедительно подтверждали гипотезу Цвикки. В 1990-х Вера Рубин за свои исследования удостоилась высшей научной награды США, Национальной медали науки, а также золотой медали Королевского астрономического общества Великобритании.
Король Альтов:
Галактическое галоВ 1973 году американец Джеремия Острикер и канадец Джеймс Пиблс показали, что плоские спиральные галактики, в том числе и наш Млечный Путь, сами по себе обязаны деформироваться и разрушаться. В то же время из их расчетов следовало, что галактика становится стабильной, если ее погрузить в сферическое облако массивной материи много большего размера, чем диаметр галактики. Такое облако, или, как говорят астрономы, гало, своим тяготением удерживает в равновесии звезды и галактический газ и не дает галактике рассыпаться. Сходные идеи высказывали и другие ученые, в том числе эстонский астроном Ян Эйнасто.
К началу 1980-х годов почти все астрономы поверили, что галактики окружены мощными гало из невидимой материи (сначала это было доказано для спиральных галактик и плоских галактик без спиральной структуры, а затем и для большинства эллиптических). Альтернативой могло быть лишь предположение, что ньютоновскому закону тяготения требуются поправки, но такая точка зрения практически не имела сторонников.
Позже выяснилось, что темные галактические гало не обязательно имеют шарообразную форму, они могут быть значительно сплюснуты. Их доля в общем балансе галактической массы тоже непостоянна. Масса невидимого гало Млечного Пути, по всей вероятности, раз в двадцать превышает массу его светящегося вещества. Однако для других галактик отношение этих масс может быть пять к одному или даже один к одному. Оказалось также, что не слишком яркие эллиптические галактики, светимость которых составляет порядка одной пятой светимости Млечного Пути, почти не содержат темной материи (почему это так – пока непонятно).
За последние четверть века гипотеза скрытой массы получила ряд подтверждений. Поскольку темная материя своим притяжением отклоняет световые лучи, с начала 1990-х годов ее ищут и находят с помощью гравитационного линзирования. Еще одно доказательство реальности ее существования было получено недавно с помощью спектрального анализа космического реликтового излучения. Так что сейчас уже никто не сомневается в том, что темная материя существует.
Помимо космологических данных, в пользу существования темной материи служат измерения гравитационного поля в скоплениях галактик и в галактиках. Имеется несколько способов измерения гравитационного поля в скоплениях галактик, один из которых — гравитационное линзирование.
Гравитационное поле скопления искривляет лучи света, испущенные галактикой, находящейся за скоплением, т. е. гравитационное поле действует как линза. При этом иногда появляются несколько образов этой удаленной галактики. Искривление света зависит от распределения массы в скоплении, независимо от того, какие частицы эту массу создают. Восстановленное таким образом распределение массы сильно отличается от распределения светящегося вещества. Измеренные подобным образом массы скоплений галактик согласуются с тем, что темная материя вкладывает около 25% в полную плотность энергии во Вселенной. Напомним, что это же число получается из сравнения теории образования структур (галактик, скоплений) с наблюдениями.
Темная материя имеется и в галактиках. Это опять-таки следует из измерений гравитационного поля, теперь уже в галактиках и их окрестностях. Чем сильнее гравитационное поле, тем быстрее вращаются вокруг галактики звезды и облака газа, так что измерения скоростей вращения в зависимости от расстояния до центра галактики позволяют восстановить распределение массы в ней. По мере удаления от центра галактики скорости обращения не уменьшаются, что говорит о том, что в галактике, в том числе вдалеке от её светящейся части, имеется несветящаяся, темная материя. В нашей Галактике в окрестности Солнца масса темной материи примерно равна массе обычного вещества.
Король Альтов:
Неоднородность распределения темной материи в различных галактиках. Самое интересное в том, что крупные спиральные галактики, как правило, содержат меньше темной материи на единицу объема, нежели звездные скопления более скромных размеров, в особенности наиболее тусклые карликовые галактики. Плотность темной материи в таких галактиках может достигать одной солнечной массы на кубический парсек, что на два-три порядка больше, чем в исполинских спиралях. «Четверть века назад эта идея казалась совершенно еретической, – вспоминает Вера Рубин. – Тогда крупнейшие астрономы были уверены, что если темная космическая материя и существует, то исключительно в галактиках-гигантах».
Поскольку тусклые мини-галактики старше всех прочих, приходится признать, что темная материя присутствует в нашей Вселенной с самого раннего детства последней. От тех далеких времен могли сохраниться совсем небольшие галактики, содержащие только остатки погасших звезд, газ, пыль и темную материю. Их типичные размеры должны составлять лишь сотни световых лет, а масса не превышает десяти миллионов солнечных. Конечно, такие галактики нельзя разглядеть с помощью оптических инструментов, но в принципе можно увидеть в радиотелескопы, которые способны заметить облака холодного космического водорода, поскольку те поглощают радиоволны.
Такие галактики пока еще не открыты, но, по всей вероятности, это лишь вопрос времени. Более того, в 2005 году британские астрономы сообщили о возможном наблюдении подобной галактики.
Впрочем ничего удивительного в таком положении нет, если предположить, что темная материя это обычная барионная материя представляющая из себя - черные дыры, черные карлики, оставшиеся от красных карликов и других более крупных звезд. Поэтому естественно, что таких звезд или темной материи должно быть больше именно в старых галактиках, а не в молодых, что экспериментально полностью подтверждается. Главная проблема в этом случае состоит в том, что такие мертвые звезды имеют возраст порядка сотен триллионов лет, что несовместимо с расширяющейся в результате большого взрыва вселенной, поскольку полностью все это опровергает.
Король Альтов:
--- Цитата: CASTRO от 27 Февраль 2014, 14:11:29 ---Так когда будет про противоречие Большому Взрыву?
--- Конец цитаты ---
Ситуация очень серьезная - хоть я и собрал весь необходимый материал и по большей части занимаюсь просто компиляцией фактов, но из них необходимо очень тщательно и безупречно сторго логически построить цепочку опровергающую всю современную космологию. Попробую закончить к вечеру. Должен признать, что для меня самого оказалась большой неожиданностью такая коллизия - темная материя абсолютно несовместима с БВ, РВ и ОТО.
Навигация
[0] Главная страница сообщений