Эмиссионная модель формирования спиральных галактик
Автор: Кладов Владимир, 2025.
Аннотация. Источником большей части света, излучаемой спиральными рукавами галактик, являются не звёзды в этих спиральных рукавах, а перегретая плазма, которая движется из центра галактики к её краям в двух противоположных направлениях со скоростью kc, где 0.001 < k < 0.3.
Источниками потоков плазмы или электромагнитного излучения, скорее
всего, являются спутники сверхмассивной черной дыры – СМЧД (которых
может быть несколько – на различных орбитах), такие как пульсары (т.е.
быстро вращающиеся нейтронные звезды) и черные дыры звездных масс,
точнее – их аккреционные диски. В результате приливного воздействия СМЧД,
происходит отрыв вещества от быстро вращающейся поверхности с приливных
горбов в двух противоположных направлениях, после чего частицы материи
далее двигаются в пространстве прямолинейно, и без изменения скорости.
Поскольку спутники движутся вокруг СМЧД по эллиптическим орбитам,
направление истечения плазмы постоянно изменяется, и образуется
спиралеподобная фигура в пространстве, которая постоянно расширяется из
центра галактики к ее краям.
В случае орбит спутников с высоким эксцентриситетом приливное
воздействие на спутник значительно усиливается при приближении его к
перицентру, в результате на этом участке орбиты значительно возрастает
скорость извержения потоков плазмы, и соответствующая линия спирального
рукава со временем удаляется на значительно большие расстояния. В то
время как на прочих участках траектории скорость плазмы значительно
снижается, и в результате на среднем участке – между перицентром и
апоцентром формируется кольцеобразная линия спирали , а при приближении
к апоцентру – образуется практически прямолинейный участок, соединяющий
ветви спирали – перемычка.
Все многообразие форм "спиральных рукавов" галактик объясняется прежде всего наклоном плоскости наблюдаемой галактики к оси наблюдения, углом наклона оси вращения СМЧД к ее оси прецессии, а так же наличием или отсутствием достаточного количества материи в галактике, которая может вызвать активность черных дыр в центре, и быть освещена испускаемой ими перегретой плазмой.
Ключевые слова:
спиральные, рукава, галактики, черные, дыры, прецессия, аккреционные, диски, морфология
УДК 524.7 Внегалактические системы
Введение
В представленной статье предложена модель формирования спиральных рукавов галактик на основе единственного физического явления: выброса потока материи из ядра галактики в двух противоположных направлениях, при постепенном изменении направления в пространстве луча, вдоль которого эта материя выбрасывается.
Программное моделирование данного физического процесса показывает хорошее совпадение результатов с полученными изображениями спиральных галактик в различных диапазонах (оптическом, инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и др.)
1. Генерация двух противоположно направленных лучей плазмы
В центре галактик находится сверхмассивная черная дыра (Ч.Д.), иногда система черных дыр с суммарной массой того же порядка, что и общая масса всей прочей материи (звезд, планет, пыли и газа) в галактике. В нашей галактике сверхмассивная черная дыра располагается в созвездии Стрельца и за ней уже пристально наблюдают астрономы ([6]).
Современная астрофизика уже предложила возможный механизм извержения материи и энергии, направленного от черной дыры в двух противоположных направлениях - выброс материи из полярных областей черной дыры как результат взаимодействия материи в ее аккреционном диске.
Рис. 1: Черная дыра (а), ее аккреционный диск (b) и излучение в двух направлениях из полюсов Ч.Д. (c).
Возможны и другие варианты, например, отрыв материи от аккреционного диска спутниковой ЧД в двух противоположных точках в результате приливного взаимодействия с центральной СМЧД.
Для нас здесь не важен способ формирования двух светящихся потоков вещества. Важно, что происходит, если такие потоки есть.
2. Формирование двойной спирали
В случае излучения материи из полюсов черной дыры, ось вращения которой наклонена под некоторым углом, при наличии прецессии этой оси, потоки вещества, исходящие из полюсов черной дыры, описывают в пространстве двойной конус. Если скорость прецессии оси вращения небольшая, и полный оборот завершается за несколько сотен тысяч или миллионов лет, то вещество, выброшенное черной дырой за это время, сформирует в пространстве спиралеобразную линию.
Далее, либо это вещество является сверх-перегретой плазмой, и излучает во всех диапазонах, освещая окружающую материю галактики - облака газа и пыли, формируя визуально наблюдаемую спираль. Либо оно само не излучает свет, а сталкивается с облаками газа и пыли, вызывая свечение уже возбужденного газа вместе с его распространением в направлении от полученной спирали. Или оба эффекта смешиваются.
Рис. 2: Двойная спираль, сформированная двумя лучами плазмы, излученными из центра галактики.
Каждая точка этой спирали движется из центра галактики к ее краям радиально. Сама спираль не вращается, а расширяется, но для нас это происходит достаточно медленно, и на протяжении сотни лет существования наблюдательной астрономии мы вряд ли заметим какие-либо существенные изменения.
Рис. 2А: Анимированная модель формирования двойных спиральных рукавов.
Для формирования такой спирали в галактике с радиусом 100 тыс. св. лет, при скорости v=0.1c необходим 1 миллион лет.
3. Основное утверждение (гипотеза)
Большая часть света, излучаемого спиральными рукавами галактик, излучается не звездами, находящимися в этих рукавах, а плазмой, выброшенной черной дырой в центре галактики в двух противоположных направлениях.
Эти спирали не вращаются, а представляют собой светящийся след от плазмы, двигающейся от центра галактики к ее краям. Спираль формируется как результат медленного вращения источника плазмы (черной дыры) в центре галактики.
Плазма, покинувшая основной "диск" галактики, далее двигается практически в полном вакууме, постепенно рассеиваясь в результате столкновений с материалом гало, окружающего галактику, и становится частью этого гало.
4. Моделирование спиральной галактики
Построение программной модели спиральной галактики не представляет особой сложности. Задаются следующие параметры:
• радиус галактики в световых годах (R=1000 ... 1 000 000),
• масса СМЧД в центре галактики (M, солнечных масс),
• период вращения источника плазмы (спутника) вокруг черной дыры (T_abs=1000
… 10 000 000, знак определяет направление вращения),
• эксцентриситет орбиты спутника (e=0 … 0.9999),
• угол наклона плоскости галактики к картинной плоскости (alpha=-180 ...
+180),
• коэффициент (0 < k <1), умножаемый на скорость света c, для задания
окончательной скорости v = kc, с которой поток плазмы движется из центра
галактики к ее краям по прямой,
• значение коэффициента k на минимальном расстоянии источника плазмы от
центральной СМЧД (k < f < 1),
• угол отклонения линии истечения от радиус-вектора между спутником и
СМЧД (deviation=-90 … +90),
• финальный угол отклонения в перицентре (fin_dev=-90 … +90),
• угол конуса “прецессии”, при ее наличии (0 … 90, значение 90 градусов,
если прецессии отсутствует и спираль расположена в плоскости, прецессия
здесь условное явление, описывающее истечение плазмы или излучение света
вдоль поверхности условного конуса прецессии),
• длительность активности для моделирования (в том числе длительность
исключения начального и конечного отрезка времени),
а также ряд параметров, влияющих на отображение (цвет, размеры и др.). Для обеспечения возможности визуального сравнения полученной спиральной линии с конкретной галактикой фотография галактики устанавливается в качестве фона, поверх которого формируется полученная в соответствии с параметрами спиральная линия.
Первая часть модели, интерактивная - показывает только положение моделируемых пятен плазмы в картинной плоскости игнорируя время, требуемое для того, чтобы свет от них дошел до наблюдателя. Но при этом рассчитывается время, необходимое для того, чтобы свет достиг одну из заданных "картинных плоскостей", и координаты пятен света, видимые наблюдателем одновременно, сохраняются для дальнейшего построения окончательного изображения.
Вторая часть запускается для восстановления окончательного изображения галактики на заданный момент времени, на основании данных, сохраненных первой частью.
Например, для галактики с наклоном плоскости -45 градусов (знак минус означает, что верхняя часть диска галактики расположена дальше от наблюдателя) в зависимости от скорости потока плазмы (kc) восстановленное изображение галактики на картинной плоскости изменяется следующим образом (для упрощения, моделирование ниже проведено для режима вращения СМЧД "на боку", т.е. когда угол между осью вращения ЧД и ее осью прецессии составляет ровно 90 градусов).
Рис. 3: Изображение галактики в зависимости от скорости потоков плазмы для моделируемой галактики с наклоном плоскости -45 градусов.
Из рисунка выше (3) следует, что при k < 0.4 полученное изображение хорошо согласуется со структурами спиралей, которые мы наблюдаем у реальных спиральных галактик. В то время как при k=1 (или близких) изображение спиральной галактики было бы сильно искажено даже при не очень большом наклоне плоскости галактики к картинной плоскости.
Оценка k < 0.4 - это всего лишь верхняя оценка скорости движения плазмы. Нижняя оценка может быть сделана очень приблизительно - на основании того, что за 100 лет наблюдения не было замечено изменений на краях спиральных ветвей наблюдаемых галактик. А это значит, что скорость движения потока плазмы в этой области как минимум на порядок меньше, приближаясь к значениям к = 0.01 .. 0.03. [Хотя, может быть, мы просто невнимательно смотрим?]
Вместе с плазмой, которая при истечении из полюсов черной дыры затормаживается до скорости kc, черная дыра излучает так же и поток электромагнитных волн всех диапазонов, очень большой мощности и в тех же направлениях. В результате, на визуально наблюдаемую картинку из верхнего ряда (при k < 0.4) может накладываться так же изображение при k=1, но возможно, в каких-либо невидимых диапазонах.
В процессе движения спиральные ветви излучения при k=1 расширяются в несколько раз быстрее видимого спирального потока плазмы, регулярно его нагоняя и, возможно, несколько "разогревая" (и компенсируя его постоянное остывание за счет дополнительной подпитки энергией ЧД из центра).
7. Пространственное размещение спиральных рукавов
Во многих случаях угол между осью вращения СМЧД и осью прецессии не равен 90 градусов, и в этом случае два спиральных рукава плазмы располагаются не в одной плоскости, а формируются вдоль условных двойных конусов, образованных поворотом оси вращения СМЧД вокруг оси прецессии. Для таких малых углов модель показывает более замысловатые конфигурации центральной области, в реальности не наблюдаемые.
Рис. 5: Модель галактики с наклоном плоскости к картинной -45 градусов и углом наклона оси вращения к оси прецессии (a).
На самом деле, как уже говорилось выше, плазма в центральной области испытывает торможение, и во всех этих случаях центральная часть будет либо полностью закрыта эллипсом света, либо превратится в тонкую прямую линию - перемычку.
В случае, если источником потоков плазмы является механизм трения двух аккреционных дисков, формирование спиральных рукавов вдоль условных конусов может объясняться тем, что между плоскостями этих дисков есть некоторый угол. Но окончательный результат будет тем же.
................... подготавливается .................