Можно ли смоделировать спиральную галактику с таким же многообразием, как водоворот?

Мой вопрос скорее феноменологический, чем буквальный, поскольку задействованные силы очень разные. Когда вы смотрите на искажения (или морщины, или как бы вы их ни называли) на поверхности воды возле водоворота , искажения выглядят похожими на спиральные рукава в спиральной галактике (см. изображение).

В воде эти искажения и их спиральная форма обусловлены поверхностным натяжением . Поэтому мне интересно, применимо ли что-то аналогичное в спиральных галактиках (т. е. поверхностное натяжение заменено пространством -временем и электромагнитными силами ).

Все исследованные до сих пор галактики, по-видимому, имеют в центре сверхмассивные черные дыры . Мы знаем, что вращающаяся черная дыра может искривлять пространство-время, и это часто показано в моделях таким образом, что это очень похоже на искажения в водовороте, показанном ниже.

Причина, по которой меня это интересует, заключается в том, что эти искажения простираются намного дальше, чем р − 2 контур центральной части водоворота (т. е. там, где вода течет ортогонально средней плоскости водной поверхности). Возможно, я думал, что гравитационные волны , создаваемые вращающейся сверхмассивной черной дырой, производят подобные «искажения» (или гравитационные ямы) в пространстве-времени, которые распространяются на гораздо большие расстояния, чем р − 2 диапазон, обычно связанный с гравитацией. Кроме того, любые массивные объекты, которые находились рядом с этими локальными гравитационными колодцами, добавляли бы глубину колодца в виде положительной обратной связи, аналогично теории волн плотности и даже, возможно, областям, неустойчивым к нестабильности Джинса . Таким образом, я полагал, что со временем эти гравитационные колодцы превратятся в нечто похожее на спиральные рукава.

(1) Является ли моя идея физически последовательной и разумной?

(2) Может ли это помочь объяснить, почему галактики вращаются быстрее, чем ожидалось, на больших расстояниях от галактического центра?

введите описание изображения здесь

Динамика гораздо скучнее гравитационных волн. Галактика образовалась из облаков пыли, и эта пыль имеет трение. Кроме того, вы получаете «ветер» в пыли, образовавшейся от сверхновых.
@JerrySchirmer, значит, моя идея слишком сложна? Черт, я думал, что это менее сложно, чем использование темной материи или каких-то других экзотических явлений. Я предположил, что, поскольку у нас нет полностью определенной теории гравитации (ну, она еще не согласуется с КЭД), возможно, мы упустили дополнительную часть, которую можно было бы легко объяснить чем-то похожим на идею, которую я изложил.

Ответы (2)

В масштабе галактических спиральных рукавов центральная черная дыра гравитационно совершенно незначительна . Я проиллюстрирую это на примере NGC 524. Из спиральных галактик (технически это S0, но спиральная структура все же есть) с измеренными массами черных дыр NGC 524 имеет одну из самых массивных. Вот фото галактики:

введите описание изображения здесь

Видимый диск имеет физический радиус примерно 15 к п с . Масса черной дыры около 10 9 М ⊙ , соответствующий радиусу Шварцшильда 10 − 7 к п с . На этом изображении черная дыра будет чуть больше миллионной доли пикселя. Но, конечно, ключевой параметр не размер, а масса. Основываясь на абсолютной величине его B-диапазона − 20,7 и предполагая отношение массы к свету ∼ 5 ( типично для S0 ), я получаю грубую оценку звездной массы 5 × 10 10 М ⊙ для NGC 524. Принимая консервативную экспоненциальную шкалу длины 1 к п с , половина звездной массы должна быть заключена менее чем 2 к п с (о размере самой внутренней видимой спиральной структуры на изображении). Половина звездной массы превосходит черную дыру во много раз. 25 , поэтому черная дыра не начинает доминировать в динамике, пока не окажется в пределах этого радиуса. Я думаю, что эффекты перетаскивания системы отсчета и гравитационного излучения будут преобладать только на еще меньших радиусах.

Именно так формируются спиральные рукава, а не что-то связанное с черной дырой.

То, что мы видим, когда смотрим на спиральную галактику, представляет собой очень искаженное изображение из-за гравитационных полей внутри галактики, сжимающих пространство и время. То, что кажется движущимся медленнее, чем должно из-за ньютоновской физики, на самом деле движется с правильной ньютоновской скоростью, но кажется, что движется слишком медленно из-за сжатого пространства-времени, создаваемого переменными гравитационными полями по всей галактике.

Гравитационные поля различаются по силе по всей галактике в зависимости от расстояния до наиболее интенсивных гравитационных полей. Черная дыра в центре, очевидно, оказывает сильное влияние вблизи нее, но дальше, в звездных скоплениях, местная гравитация оказывает большее влияние. Это в сочетании с общим гравитационным влиянием всей галактики (включая черную дыру) влияет на искривление и сжатие пространства-времени и заставляет отдельные звезды казаться движущимися с неправильной скоростью с нашей удаленной точки зрения.

Похоже, звезды на внешних спиральных рукавах движутся слишком быстро для нас. Чтобы объяснить это, мы должны сначала признать, что вся галактика намного больше по массе внутри нее, чем кажется нам из-за постепенного сжатия пространства-времени. Каждая звезда движется с правильной ньютоновской скоростью в соответствии со своим пространством-временем. И, конечно же, пространство-время будет варьироваться в зависимости от гравитационного сжатия в разных местах. Нет необходимости добавлять дополнительную массу в виде темной материи.

Рассмотрим эту грубую аналогию. На вершине Эвереста вы весите меньше, чем на уровне моря, потому что вы находитесь дальше от общей массы Земли. Теперь представьте, что вы копаете яму в центре земли. Когда вы спускаетесь вниз, масса над вами увеличивается, а масса внизу уменьшается. С каждым километром спуска вы весите на весах меньше. До тех пор, пока вы не достигнете центра, вы не будете весить ровно ноль. Но, конечно же, у Земли нет черной дыры в центре, чтобы полностью сравнить ее со спиральной галактикой.

Пища для размышлений.

Это в принципе все неправильно. Например, коэффициент Лоренца для Солнца относительно Земли составляет около 1,0000003 (см. этот вопрос и ответы и ссылки в нем).
Можно ли смоделировать спиральную галактику с таким же многообразием, как водоворот?
СпросиСетьПолитика конфиденциальности1y, 0v