Расширенный поиск  

Новости:

Для тем, посвященных экранизации "Отблесков Этерны", создан отдельный раздел - http://forum.kamsha.ru/index.php?board=56.0

Автор Тема: Космос - II  (Прочитано 5224 раз)

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #165 : 18 Авг, 2021, 09:52:39 »

Кое-что о темной материи

Мы знаем, что темная материя - это неизвестно что, состоящее неизвестно, из чего, преимущественно, холодное (в смысле, нерелятивистское, со скоростью движения составляющих ее объектов, намного уступающей скорости света), по массе превышающее видимую (барионную) материю раз в шесть и управляющее ее движением и расположением в крупных структурах (галактиках, скоплениях, сверхскоплениях) и тем самым формирующее наблюдаемую крупномасштабную структуру Вселенной. А еще мы знаем, что она - бесстолкновительная, взаимодействует сама с собой и с видимой материей исключительно за счет гравитации.
Замечу, кстати, что в результате галактикой, строго говоря, является не то, что до сих пор иногда в книжках пишут. Галактики - это не скопления звезд (а также газа и пыли). Галактики - это устойчивые гравитационно связанные скопления ("фреймы") темной материи, а видимая (барионная) материя в них - далеко не обязательный компонент. Известны галактики, состоящие только из темной материи и обнаруженные только по гравитационному взаимодействию. Собственно, зачем далеко ходить? Достаточно сходить на 75 тысяч световых лет и посмотреть на Segue 1, о которой я недавно рассказывал - там барионной материи 1/3000 от полной массы галактики. Так что если какая-то видимая материя в галактиках и есть - то только та, которая к этой галактике (фрейму темной материи) притянулась.
Кстати, замечу также, что фреймы (темные гало) галактик имеют форму трехосного эллипсоида, более или менее (в основном, менее) похожего на шар - и никаких статистических различий в форме фреймов эллиптических и дисковидных галактик не обнаружено. Видимые дисковидные структуры линзовидных и спиральных галактик - это внутреннее дело их барионной материи, и емной материи оно не касается - слишком уж мала масса дисков по сравнению с полной массой галактики (собственно, с массой ее темного гало).

Тут есть, правда, одна тонкость. Несколько лет назад группа исследователей опубликовала данные о том, что теоретически возможно существование такой экзотики, как галактики только из звезд и газа без темной материи. Правда, для этого нужны были очень уж специфические условия формирования такого чуда.
А пару лет назад вдруг показалось, что эту экзотику обнаружили: в окрестностях эллиптической галактики NGC 1052 (63 миллиона световых лет от нас, доминирующая галактика своей группы, скопления II типа) нашлись две ультрадиффузные (очень низкой плотности) карликовые галактики NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, динамическая масса которых (определенная по скоростям движения шаровых скоплений) по данным расчетов оказалась практически равной барионной массе (массе видимой материи). Проще говоря, было похоже, что эти галактики почти не содержат темной материи - то, что считалось возможным теоретически, но не наблюдалось до этого практически. Кстати, в таком случае они и должны быть ультрадиффузными - иметь чрезмерно большой диаметр для своей массы. 
Увы, при тщательном изучении оказалось, что чудеса все же случаются только в книжках и в теории. Выяснилось, что в этом месте на небо случайным образом проецируются две группы галактик.
Более удаленная группа - это группа галактик NGC1052 и NGC1047 со своими спутниками, расстояние до которых - до первой 63, до второй - 65 миллионов световых лет. Вторая группа, поближе - это группа галактик NGC1042 и NGC1035, находящаяся на луче зрения первой группы перед ними и удаленная на 44 миллиона световых лет.
Галактики NGC 1052-DF2 и NGC 1052-DF4, хоть и видны ближе к NGC 1052, на самом деле принадлежат ко второй группе, и расстояние до них - не 63, а 44 миллиона световых лет. А это означает, что и их диаметр соответственно меньше, и плотность соответственно больше, и скорости шаровых скоплений соответственно ниже... ну, и, получился вполне разумный результат: галактики эти - не ультрадиффузные, а просто диффузные, и их динамическая масса, определенная по движению шаровых скоплений, заметно больше. И темной материи у них - более 90%.   
Так что исключений не обнаружено: галактики - это скопления темной материи. А видимая материя - лишь пена на волнах.

Разумеется, то, что состав темной материи неизвестен, выглядит вызовом исследователям - особенно, потому, что из-за бесстолкновительного характера и отсутствия негравитационных взаимодействий "поймать и посмотреть" на нее не получается. И столь же разумеется, что одним из первых напрашивавшихся на роль кандидатов в темную материю оказались черные дыры.
Казалось бы, где найти кандидатов лучше? Бесстолкновительные (попробуйте попасть в черную дыру - она же маленькая!), взаимодействующие только гравитационными силами, невидимые...

Описывать долгие приключения этой идеи не буду. Отмечу только, что она, в принципе, легко проверяется. Как именно? Гравитационным линзированием. Если темная материя состоит из черных дыр хотя бы звездных масс (и даже масс, сравнимых с массами планет), то их движение будет приводить к тому, что рано или поздно та или иная дыра попадет между нами и тем или иным объектом (скажем, удаленной галактикой) и слегка исказит изображение. Статистически, зная массу темной материи, можно оценить, как часто такое будет происходить (для разного ожидаемого спектра масс составляющих темную материю черных дыр) - и, наблюдая события микролинзирования, даже оценить реальный спектр этих масс.
Вооружившись расчетами и телескопами, начали наблюдать...

Ну, и итог. Ни одного внятно приписанного черным дырам события линзирования так и не увидели. Ни разу. За годы исследований. Ни для какого мыслимого спектра возможных масс черных дыр, который мог бы наблюдаться при линзировании. Словом, пока вывод аккуратно формулируется так: статистика событий гравитационного микролинзирования показывает, что максимальная доля (по массе) черных дыр любого рода при условии, что их массы не уступают массам планеты, в составе темной материи не может превышать 0,1%.

Далее к делу подключилось LGBT-сообщество. Нет, это - не то, о чем Вы могли подумать. Это - шутливое наименование в узких кругах исследователей, занимающихся гравитационно-волновой астрономией (шутливая аббревиатура LGBT - Laser Gravitational Beam Telescope). Вообще, это - коллаборации  Virgo - европейская коллаборация и ее инструмент (детектор гравитационных волн в Италии) и LIGO - Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory (американская коллаборация и ее инструмент; с середины  2017 года она работает двумя инструментами LIGO, разнесенными на три тысячи километров - в штатах Луизиана и Вашингтон. В результате применения трех, а не двух разнесенных инструментов существенно повышается точность определения направления на сигнал). Если же не шутить, а говорить серьезно, то нужно вспомнить латынь: virgo - девушка, ligo - мотыга. Так что гравитационные волны в современном мире исследует девушка с мотыгой. Или, точнее, итальянская девушка с двумя американскими мотыгами - вашингтонской и луизианской.

И это сообщество (или, может, эта девушка с мотыгой) обнаружили факт отсутствия гравитационных волн от слияния черных дыр с массами, порядка солнечной. А это означает по расчетам, что даже если они и входят в состав темной материи, то их вклад в ее массу не превышает 1,5%.
А потом обнаружили, что и гравитационные волны от слияний малых черных дыр с массами порядка 0,2 солнечных тоже отсутствуют. Черные дыры таких масс не могут образовываться "естественным" образом в результате эволюции звезд. Таким образом были убиты все космологические модели, в которых (в ранней Вселенной, в первые секунды ее существования) черные дыры таких масс появлялись.

Впрочем, и тут сторонники идеи о том, что темная материя состоит из черных дыр, попробовали поискать лазейку: ведь никто не запрещает вообразить, что первичные черные дыры бывали раньше, а в более поздние времена они постепенно вымерли. А значит, вначале темной материи, в состав которой они входили, было больше, потом они постепенно испарялись, и ее становилось меньше, а значит, плотность вещества во Вселенной падала быстрее, чем положено при ее (Вселенной) расширении, и расширение Вселенной ускорялось.
Красивая идея - но опять же, увы. Возражение против нее просто: не обнаружено признаков излучения первичных черных дыр малой массы, которым должна была сопровождаться их гибель (а Вы же помните - черные дыры из-за квантовомеханических эффектов постепенно "испаряются" - тем быстрее, чем меньше их масса. В конце жизни этот процесс носит взрывной характер - и это излучение в подобной модели должны были увидеть - оно по идее должно влиять на реликтовый фон. А такого влияния не видно).

Но тут нашлось возражение: при некотором специальном выборе, точнее, подборе спектра масс первичных черных дыр картина их испарения на ранних этапах жизни Вселенной может согласовываться с наблюдательными данными, существующей картиной реликтового излучения и ΛCDM.

И вот тут последовали coups de grâce от теоретиков (а это - страшные люди! Эта mesnada кого хочешь стопчет своими борзыми caballos!)

Удар первый. Время жизни первичных черных дыр с массами, лежащими в пределах миллиардов-десятков миллиардов тонн, истекало в эпоху реионизации. При значительной доле таких черных дыр в составе темной материи, их гибель, сопровождавшаяся мощными всплесками излучения, вносила бы серьезный вклад в состав реионизирующего излучения (того, которое вновь нагрело и ионизировало газ Вселенной после того, как тот сотни миллионов лет после Большого взрыва остывал вследствие ее расширения - а это привело к многочисленным наблюдаемым последствиям, в первую очередь, определив характер эволюции галактик).
Соответственно, вклад всплесков хокинговского излучения от гибели первичных черных дыр выражался бы в следующем:
- распределение первичных черных дыр в эпоху рекомбинации соответствует распределению темной материи, которая в эпоху рекомбинации была более концентрирована, чем барионная (видимая) (я рассказывал, почему, но напомню: потому что в первые 380 тысяч лет жизни Вселенной барионная материя была горячей и непрозрачной - если она сжималась, то нагревалась, и излучение не давало ей сжиматься дальше. А темная материя с излучением не взаимодействует, и могла сжиматься и концентрироваться безвозбранно. Собственно, именно концентрация темной материи приводила к повышению амплитуды акустических колебаний, формировавших крупномасштабную структуру Вселенной). Значит, излучение, нагревавшее газ, имело бы два источника: квазары, сверхновые и пр., распределение которых соответствует распределению барионной материи, и первичные черные дыры, распределение которых более концентрировано в пространстве. А значит, чем выше доля первичных черных дыр, тем больше неоднородности в распределении реионизирующего излучения;
- при этом вспышки излучения Хокинга должны быть достаточно многочисленны и относительно низкоэнергетичны. Это подавляет мелкомасштабные вариации температуры в реионизированной плазме по сравнению с ситуацией, когда реионизация вызывалась бы только лишь меньшим количеством мощных (сверхновые) и сверхмощных (квазары и прочие активные ядра протогалактик) источников.
Ну, и соответственно, все это отразилось бы и на наблюдаемых реионизационных эффектах, и на последующей эволюции галактик.
Так вот, увы. Наблюдаемые эффекты не видят заметных следов первичных черных дыр в реионизирующем излучении, даже если для его включения в картину мира варьировать параметры модели ΛCDM. В частности, при принятых параметрах и в предположении равномерного распределения первичных черных дыр в пределах от одного до ста миллиардов тонн, их доля в суммарной массе вещества не превосходила 0,000016.

Удар второй. А если бы все первичные черные дыры были бы большей массы, специально подобранной так, чтобы взрываться только после завершения реионизации - то мы их излучение Хокинга при взрывах просто бы наблюдали. В достаточном количестве, чтобы вообще замаскировать множество наблюдаемых более ранних объектов.

Итог: увы. Если в составе темной материи и есть черные дыры, их вклад в ее общую массу является ничтожно малым. И раньше был ничтожно малым - по крайней мере, с момента спустя сотню-другую миллионов лет после образования Вселенной.

Так что о том, что не входит в состав темной материи, мы знаем точно. Черные дыры. А вот о том, что туда, возможно, входит, требуется отдельный рассказ.


     
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #166 : 18 Авг, 2021, 10:18:04 »

И немного о нейтрино

Рассказ о нейтрино я затеваю для того, чтобы потом поговорить о том, из чего же может состоять темная материя.
Итак, нейтрино. Одна из самых загадочных элементарных частиц.

В течение десятилетий после того, как была открыта эта удивительная частица, практически не взаимодействующая с веществом, считалось, что она не имеет массы покоя и может двигаться исключительно со скоростью света.
На это имели полное право. В первую очередь, потому что в лабораторных исследованиях нейтрино действительно распространялись со скоростью света (в пределах ошибки измерений). Соответственно, отсюда следовало, что масса покоя нейтрино равна нулю (в пределах все той же ошибки измерений) - ибо только в таком случае частица может двигаться со скоростью света.
Разумеется, всегда была вероятность того, что точность измерений недостаточна - и масса покоя нейтрино не равна нулю, а просто очень мала, и их скорость не равна скорости света, а просто очень к ней близка.
Сомнения практически рассеялись 23 февраля 1987 года. Событие, происшедшее в тот день, началось давно.
Когда-то, примерно сто семьдесят тысяч лет назад, в Большом Магеллановом Облаке на расстоянии около ста пятидесяти тысяч световых лет от нас два гиганта тесной двойной пары - один массой в пятнадцать солнечных, другой в пять - слились в единое целое. Это относительно редкое событие осталось незамеченным - свет от него достиг Земли за двадцать тысяч лет до изобретения телескопа.
После слияния образовавшаяся звезда сбросила внешнюю оболочку двух звезд-предшественниц, имевшую форму восьмерки, в результате чего вокруг вновь образованной единой звезды возникло облако интересной формы - два деформированных шара с перетяжкой.
Жить полученной звезде оставалось недолго. Всего лишь двадцать тысяч лет. И еще сто пятьдесят тысяч лет - чтобы свет от происходящих с ней событий добрался до нас. Так что все происходившее человечество видело с опозданием.

23 февраля 1987 года в два часа пятьдесят две минуты пять нейтрино, зарегистрированные нейтринной обсерваторией в туннеле под Монбланом, возвестили о том, что где-то во Вселенной наблюдается грандиозная нейтринная вспышка URCA-процесса (вспомните рассказ о взрывах сверхновых в предыдущей теме!), и начинается коллапс ядра будущей сверхновой звезды. Через два с половиной часа еще три нейтринные обсерватории зафиксировали резкий нейтринный всплеск основной стадии коллапса (24 нейтрино, зарегистрированные за тринадцать секунд), источник которого ориентировочно наблюдался в Большом Магеллановом облаке.
Через три часа после коллапса чудовищная ударная волна докатилась до поверхности звезды - и в десять тридцать пять люди увидели и начали фиксировать на телескопах все стадии самой яркой вспышки сверхновой, наблюдавшейся с момента изобретения телескопа.
А потом начались расчеты. Модель процессов взрыва сверхновой типа II известна, и разность времени между URCA-процессом и началом видимой вспышки - тоже. И разность времен между регистрацией нейтрино и видимой стадии укладывалась в модель - расхождение не могло быть более получаса.
Вдумаемся. Если скорость нейтрино ниже скорости света, то за 180 тысяч лет нейтрино в этом наблюдении отстали от света не более,чем на полчаса. То есть, минимальная скорость, с которой могли распространяться нейтрино, составляла 0,99999985 скорости света, что означало, что масса нейтрино не может быть больше 0,00005 массы самой легкой известной частицы - электрона.
Если это - не скорость света и не нулевая масса, то что же?
Таким образом, вывод был вполне естественным - нейтрино не имеют массы покоя и поэтому двигаются со скоростью света.

А дальше пошло хуже.
Известно, что нейтрино бывают разными - известны и, как правило, предполагается (но формально не доказано), что их существует три "сорта", именуемых ароматами или поколениями, или флейворами (по крайней мере, нынче они найдены) - электронные, мюонные и тау-нейтрино. И соответствующие им электронные, мюонные и тау-антинейтрино. Тождественны ли нейтрино и антинейтрино друг другу - это пока неизвестно, но возможно.
Небольшое примечание: Количество реально существующих типов нейтрино теоретически влияет на особенности углового распределения регулярных неоднородностей реликтового фона - тех самых, изучая которые, можно изучать акустические волны на поверхности последнего рассеяния (которые впоследствии стали сверхскоплениями и гиперскоплениями галактик) и даже измерять кривизну Вселенной.
По уточненным данным этого изучения количество типов нейтрино действительно равно 3,26±0,35 (интервал ±5σ) - то есть, скорее всего, все существующие типы нейтрино уже открыты.


Из весьма общих представлений предполагается, что каждому из лептонов - электрону, мюону и тау-лептону - соответствует свой тип нейтрино, а количество сортов нейтрино и остальных лептонов в сумме должно быть равно количеству сортов ("ароматов", флейворов) кварков.

И в конце концов, было экспериментально доказано, что эти три поколения нейтрино умеют "превращаться один в другой" (теоретически, замечу, такая возможность была предсказана более полувека назад). То есть, если говорить очень упрощенно, электронное нейтрино в ходе своей жизни превращается случайным образом то в мюонное, то в тау, то опять в электронное. Если же говорить чуть более строго, это означает, что любое реальное нейтрино, будучи единым в сущности объектом, в любой момент времени представляет собой смесь трех состояний, а каким именно стать, оно выбирает лишь в момент наблюдения (примерно тем же способом, каким несчастная кошка Шредингера в момент наблюдения выбирает, жить ей или умереть полчаса назад, а электрон в известном опыте - через какую дырку ему пролететь, когда за ним наблюдают - если же не наблюдают, он является смесью двух состояний, одно из которых пролетело через одну дырку, другое - через другую).

Но это - еще не все. Теория гласит, что для подобных превращений ("нейтринных осцилляций") необходимо, чтобы нейтрино имело массу покоя. Более того, масса покоя каждого из поколений нейтрино должна быть различной, поскольку, условно говоря, скорость происходящих осцилляций определяется разностью квадратов масс каждого состояния, и если массы поколений равны, осцилляции не происходят.
Это было неожиданно. Мягко говоря.

Позже в дело вступила космология, указав, что, если нейтрино имеет массу покоя, эта масса на ранних порах жизни Вселенной (а именно, в первую секунду) существенно влияла бы на распространение пресловутых акустических колебаний в плазме, а следовательно, на характер распределения крупномасштабных неоднородностей в веществе нашего мира и крупномасштабную структуру Вселенной. Изучение крупномасштабной структуры и неоднородности реликтового излучения позволяет не только определить количество существующих типов нейтрино, но и рассчитать верхний предел суммы масс всех поколений нейтрино, сколько бы их не было - три, четыре или больше, поскольку при большей массе нейтрино бы заметно исказили наблюдаемую картину. И вот оказывается, что такая оценка дает информацию о том, что сумма масс всех поколений нейтрино не может превышать 0,00000022 массы электрона.

Такая масса частицы уже укладывается в голове с трудом. Но, хотим мы, или не хотим - при этом эксперименты все же упорно показывают, что в рамках существующих физических представлений масса покоя у всех типов нейтрино все же есть - ну, хоть какая-нибудь.

А дальше речь пойдет не только о нейтрино, но и о quantum entanglement.
Сразу говорю, я не знаю, как следует переводить на русский язык это словосочетание. Есть варианты "квантовое сцепление", "квантовая спутанность", "квантовая запутанность" и "квантовая перепутанность". А может, еще какие-нибудь. Словом, quantum entanglement - а дальше как угодно.

В последнее время это явление стало модной темой - частично потому, что его осмысление достаточно сложно, частично потому, что популяризаторы подчас сами не понимают, о чем пишут (вот и получаются заголовки типа "Ученые опровергли Эйнштейна и передали сигнал в сто раз быстрее скорости света!").

Итак, что такое квантовое сцепление - предельно упрощенно и в двух словах.

Вспомним, для примера, нейтрино (именно нейтрино вспоминать необязательно - явление имеет место для любых частиц - но я только что о них писал, у меня под рукой поэтому имеется достаточно наглядная ссылка, а сам рассказ еще пригодится).
Итак, берем нейтрино и внимательно (с нейтрино в руках!) читаем предыдущие абзацы - и видим, что существует три сорта нейтрино, электронные, мюонные и таонные (e, μ и τ ), и в течение жизни нейтрино "осциллирует", то есть, каждое нейтрино существует в виде смеси этих типов. Когда нейтрино "поймано", то есть, когда оно вступает во взаимодействие, оно (нейтрино) "выбирает" одно чистое состояние (конкретный тип) и проявляется именно в нем. С той или иной вероятностью.

Теперь идем дальше. Представим для примера процесс, в котором рождается пара нейтрино и антинейтрино одного и того же типа (скажем, электронных). По законам сохранения число частиц одного типа во взаимодействии измениться не может. В нашем примере это число равно нулю, потому что если родилась пара электронных е-нейтрино, то соответствующее число для электронного нейтрино равно +1, а для е-антинейтрино оно равно -1, то есть суммарное количество рожденных во взаимодействии нейтрино электронного типа е считается нулевым (точно так же нулевым в нем является количество рожденных мюонных нейтрино μ и таонных τ, ибо они в этом процессе вообще не рождались).
Теперь рожденная пара начинает разлетаться в разные стороны. Каждый компонент пары представляет собой смесь трех типов нейтрино (осциллирует) - и это может длиться секунды, годы или миллиарды лет: до тех пор, пока один из компонентов не вступит во взаимодействие.
А теперь задумаемся. Законы сохранения продолжают действовать и секунды, и годы, и миллиарды лет. И если один из компонентов описанной пары, родившись, скажем, как е-нейтрино, вступит во взаимодействие как μ-нейтрино, закон сохранения не будет нарушенным только в том случае, если второй компонент окажется μ-антинейтрино. То есть, в момент, когда один из компонентов пары явно определит свое состояние, второй компонент пары тоже "окажется вынужденным" определить свое состояние. Причем подчеркну - в тот же момент, даже если обе частицы разделены километрами или парсеками.
Совершенно аналогичная ситуация имеет место не только с нейтрино, но и с любым ансамблем частиц, состояния которых связаны друг с другом какими-нибудь законами или правилами.

А теперь задумаемся еще раз. Если мы определили состояние одной частицы пары, и при этом состояние второй частицы пары, удаленной на немалое расстояние, тоже оказалось определенным, это означает, что "приказ", отправленный одной частицей в адрес второй и определяющий состояние второй частицы, был передан мгновенно. Через метры, километры и парсеки. И вот это явление, при котором частицы, рожденные в паре, "знают" состояние друг друга независимо от времени и взаимного удаления, именуется квантовой спутанностью, квантовым сцеплением или просто quantum entanglement.

Возникает вопрос, не нарушает ли квантовая спутанность теорию относительности, согласно которой никакое физическое взаимодействие (а также информация) не может передаваться быстрее скорости света.
Ответ: не нарушает. Квантовая спутанность не является физическим взаимодействием двух частиц. И информацию она передать, увы, не может: мы не можем с помощью квантовой спутанности мгновенно передать информацию по одной простой причине - мы не способны эту информацию определить. Состояние частиц от нас не зависит. Если, возвращаясь к приведенному примеру, первое нейтрино на наших глазах оказывается мюонным, мы знаем, что где-то в другом месте парное к нему антинейтрино тоже в этот момент становится мюонным - но выбрать за первое нейтрино, каким ему стать, мы не можем принципиально. Информация и у нас, и в точке нахождения второго нейтрино является строго случайной. (Условно говоря, выглядит это так: двум людям отдают запечатанные шкатулки, в которых находятся два одинаковых текста. Они расходятся на большое расстояние и один из них открывает шкатулку. В этот момент он узнает содержание текста, находящегося у другого. И все - передать информацию он не в состоянии).
Кстати, обратите внимание на своеобразный вывод - невозможность для наблюдателя произвольно изменять квантовомеханическое состояние наблюдаемой частицы (строго говоря, определять состояние волновой функции после коллапса) оказывается не только квантовомеханическим опытным феноменом, но и релятивистским теоретическим явлением. То есть, невозможность заранее определить состояние объекта при наблюдении в таком случае следует из теории относительности.

Зато с философской точки зрения явление квантовой спутанности является весьма интересным - оно заставляет задуматься о том, можно ли отдельную частицу считать объективно существующим объектом, или свойство объективного существования является атрибутом не частицы, а ансамбля частиц, в котором отдельная частица является лишь субъективно наблюдаемым проявлением.
Тем более, что недавние эксперименты весьма строго подтвердили, что то состояние, в котором ансамбль наблюдается, не зависит от исходного состояния и, соответственно, не является каким-либо образом заданным "изначально" (https://arxiv.org/abs/1611.06985).

А потом можно подумать еще и о том, что любой ансамбль тоже является частью другого, большего ансамбля.
И вот так, потихоньку и помаленьку можно постепенно прийти к выводу, что единственным истинно существующим объектом является Вселенная в целом. А ее частные объекты не наделены "атрибутами истинного существования".

Кстати, все это является одной из основных причин, по которой лично я считаю, что в средневековом споре между номиналистами и реалистами в большей степени правыми оказались именно последние - реально существуют лишь универсалии (общие понятия), а их отдельные проявления (конкретные частицы в нашем случае) по сути не существуют, являясь лишь воспринимаемой нами частью общего целого.
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #167 : 18 Авг, 2021, 10:36:02 »

А теперь - о нейтрино, и, может, о темной материи

Про нейтрино я только что написал. Вкратце - это частицы с неизвестной массой покоя (ясно только, что она - ненулевая и очень малая. Удивительно малая), существующие в трех видах (флейворах, "поколениях") - электронные, мюонные и таонные. Массы покоя нейтрино различных флейворов несколько отличаются друг от друга, а о порядке величины их масс говорит тот факт, что наблюдательные данные подсказывают: если взять три нейтрино трех разных флейворов, то сумма их масс покоя не превысит 0,00000022 массы электрона.
Еще мы знаем, что, собственно, каждое индивидуальное нейтрино является "квантовой смесью" всех трех флейворов (то есть, собственно, каждый флейвор - это не тип частицы, а ее квантовое состояние). До вступления в любое взаимодействие нейтрино живет в виде смеси флейворов ("нейтринные осцилляции"), и "выбирает", каким быть, только в процессе этого взаимодействия.

А теперь стоит заметить следующее: из всех взаимодействий (а мы помним - их, можно считать, четыре: гравитационное, слабое, электромагнитное и сильное) нейтрино участвует, разумеется, только в гравитационном - а еще в слабом. Причем, в слабом взаимодействии нейтрино участвует очень неохотно, почти никак, в результате чего вероятность его взаимодействия с веществом низка - нейтрино, если оно не имеет ультравысоких энергий, прочей материи практически не замечает, с легкостью, как фотон через прозрачное стекло, проходя насквозь огромные скопления материи - планеты, звезды, галактики. Только при очень мощном потоке нейтрино удается улавливать считанные единицы.

А еще напомню, что при рождении пары нейтрино они разлетаются в стороны - и могут прожить независимо друг от друга миллиарды лет. Но если одна из них вступит во взаимодействие, она тем самым определит в этот момент не только свой флейвор, но и в силу quantum entanglement флейвор второй частицы. Мгновенно. Через миллиарды световых лет.
О quantum entanglement и о том, почему он не нарушает теорию относительности, я тоже только что писал, рассказав также, о том, что состояние частицы (точнее, уже ансамбля частиц) при наблюдении не зависит от исходного состояния и, соответственно, не является каким-либо образом изначально заданным.

Но это все - лишь присказка.
А вот подлинная сказка - это то, что достаточно давно существует физическая теория (и даже некоторые, пока не абсолютно достоверные и не до конца убедительные ее опытные подтверждения), гласящая, что есть, точнее, вполне могут существовать еще три флейвора нейтрино, парные к существующим и отличающиеся от них лишь двумя параметрами - они имеют большую массу покоя и не вступают в слабые взаимодействия. Вообще. А следовательно, вообще не взаимодействуют ни сами с собой, ни с другими частицами (кроме гравитационного воздействия, разумеется). Такие гипотетические частицы получили красивое название стерильных нейтрино.
Замечу, что родилась эта теория в кругу физиков и сугубо из физических соображений. Мыслей об астрономии при рождении этой теории не было никаких.

А теперь внимательно прочитайте предыдущий абзац. Обдумайте его. Сделайте вывод.
Относительно массивная (по сравнению с "обычными" нейтрино) частица, совершенно никак не взаимодействующая ни с обычным веществом, ни с другими такими же частицами. Ничего не напоминает?
Правильно, идеальный кандидат на роль темной материи.
Причем, замечу, есть два интересных обстоятельства.
Первое. Исходя из теоретических соображений, физики утверждают, что масса стерильных нейтрино должна находиться в достаточно определенном диапазоне. А космологи с удовольствием обнаружили, что если она действительно существует, то при массе покоя, находящемся в этом диапазоне, рожденные при Большом взрыве стерильные нейтрино вполне могли бы иметь в процессе эволюции ту температуру, которая соответствует наблюдаемой астрономически температуре темной материи.
Второе. С момента рождения стерильные нейтрино практически не взаимодействовали с веществом. Прочие частицы в условиях колоссальных температур и плотностей конца эры электрослабого объединения (10-31 c - 10-12 c после рождения Вселенной, вспомним http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77234#msg77234) взаимодействовали друг с другом, превращались друг в друга - а стерильная нейтрино, стоило лишь ей появиться, отделялась от остальной материи и больше никого не видела и ни с кем не взаимодействовала. Вот и получилось, что их стало много, а остальных частиц, вступающих во взаимодействия - мало. В шесть раз меньше.

Остается лишь один вопрос: а хорошо ли все это? Теоретики умеют придумывать много интересного: тому в истории мы тьму примеров слышим. Подчас и сами мы примеры эти пишем. А как проверить? Частица-то невзаимодействующая, неуловимая, поди проверь, есть она (и какая она есть) или нет ее вообще, а есть только убедительные уравнения.

И вот тут мы опять возвращаемся к истокам, сиречь, в начало поста и к предыдущему посту, и перечитываем про нейтринные осцилляции. Теоретически, в той смеси флейворов, которую представляет собой отдельно взятая обычная нейтрино, есть немного от стерильных нейтрино. И наоборот - в той смеси флейворов, которую представляет собой стерильная нейтрино, есть немного от обычных нейтрино. Очень немного - так что вероятность того, что стерильная нейтрино все же вступит во взаимодействие с веществом как "обычная", крайне мала (нужно учесть, что, во-первых, очень низка "доля" обычных флейворов в состоянии стерильных нейтрино (очень грубо говоря - в состоянии обычного стерильное нейтрино проводит очень малую часть времени), а во-вторых, и обычные нейтрино к взаимодействиям не слишком склонны. Так что вероятность вступления стерильного нейтрино во взаимодействие представляет собой произведение двух крайне малых величин).
Но тем не менее... если речь идет об одной частице - то "не дождетесь". А если их много? А темной материи много - представляете, сколько частиц в темном гало какой-нибудь галактики?

И вот тут вспомнили недавнюю историю...
Началась эта история еще в 2014 году. Именно тогда почти одновременно сразу две независимые группы, исследуя спектры рентгеновского излучения (одна - по данным наблюдения множества наложившихся друг на друга при наблюдении скоплений галактик, вторая - при исследовании огромного галактического кластера Персея - он содержит тысячи галактик, буквально закутанных в мощное облако межгалактического газа, и является самым ярким рентгеновским источником на небе) обнаружили в спектре рентгеновского излучения неидентифицированную линию, соответствующую энергии примерно 3,52 килоэлектронВольт.
Найти известный физический процесс, "ответственный" за излучение этой линии, не удалось.
Вот тут-то и появилась идея о том, что найдены признаки взаимодействия этих самых гипотетических стерильных нейтрино (рассеяние с распадом на нейтрино и фотон - тот самый, несущий энергию 3,52 кэВ). Такой процесс может быть чрезвычайно редок (по оценкам, среднее время жизни распадающихся частиц может превосходить время жизни Вселенной порядков на шесть) - но для космических масштабов в подобных условиях он теоретически должен наблюдаться.
В таком случае масса распадающихся частиц темной материи должна быть равна примерно 7 кэВ - раз в семьдесят легче электрона. Вполне съедобно теоретически. со всех точек зрения - и с точки зрения астрономии (если даже не вся темная материя состоит из таких частиц, то уж в большинстве своем - вполне может, что подтверждено всеми данными) и с точки зрения физики, которая с удовольствием соглашается с этой величиной возможной массы стерильного нейтрино).
Осталось ждать подтверждения и продолжения исследований.

Подождали. Подтверждение статистически значимого существования эмиссионной линии 3,52 кэВ было опубликовано для обоих случаев - и для кластера Персея, и для 73 удаленных кластеров.
См. также http://arxiv.org/abs/1402.2301, https://arxiv.org/abs/1402.4119

Но все оказалось не столь простым. Длительные (18,5 суток) непрерывные наблюдения карликовой галактики в Драконе (есть такой спутник у Млечного пути, удаленная на 260 тысяч световых лет карликовая сферическая галактика класса dSph. Интересна эта галактика тем, что доля темной материи в ее полной массе очень велика, и это - объект с наибольшей концентрацией темной материи из всех известных объектов Вселенной) не показали ни одного события наблюдения рентгеновского излучения с энергией около 3,5 кэВ. Увы, но со значительной вероятностью это исключало связь указанной выше эмиссии с темной материей. При этом, опять же, увы, окончательный вывод делать было рано - чувствительность оборудования позволяла делать выводы на грани погрешности наблюдений.

Уже после, в 2016 году спутник Hitomi, казалось бы, закрыл вопрос - его чувствительность была достаточно высокой, и он не подтвердил наличия эмиссии рентгеновского излучения с энергией 3,52 кэВ в спектре скопления Персея.
Казалось бы, все понятно - ошибка наблюдения, чего уж тут, и красивая идея погибла на корню. Но не тут-то было. Вопрос о том, отчего же эту линию наблюдали другими инструментами, остался.

Ну, а уже в этом году обнаружились интересные вещи.
Hitomi, конечно, улавливает рентгеновское излучение с высокой точностью - но вот пространственное разрешение у него не слишком высоко, в то время, как ранее наблюдавшие эмиссию в кластере Персея аппараты, такие как Chandra, "видят" намного меньшую область неба и обладают, соответственно, при меньшей чувствительности большим пространственным разрешением.

Hitomi "захватывает" и темное гало кластера, и сверхмассивную черную дыру его центральной галактики. А аккуратные исследования показали, что в районе черной дыры, наоборот, наблюдается поглощение рентгеновской эмиссии. Если суммировать наблюдения от черной дыры и окружающей ее области, суммарный сигнал не показывает характерного для наблюдений с большим пространственным разрешением пика.

Проверили. Если провести наблюдения периферийной области кластера на Chandra - пик наблюдается!
Получили неожиданный вывод - в таком случае, темная материя в самой центральной галактике еще и поглощает рентгеновское излучение этой энергии с последующим (очень медленным!) переизлучением.

Вот так...
Опять же увы - достоверным открытием эти наблюдения еще не являются - но мощное подтверждение тому, что темная материя вполне может состоять в основном из стерильных нейтрино, уже есть.
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #168 : 18 Авг, 2021, 11:24:49 »

Правда ли, что расширение Вселенной действительно ускоряется?

Правда.
А как проверить?
Просто.

Мы помним, что вся Вселенная практически равномерно заполнена электромагнитным излучением - реликтовым фоновым излучением, образовавшимся, когда ей было всего лишь триста восемьдесят тысяч летl.

Плотность реликтового излучения - несколько меньше пятисот фотонов на кубический сантиметр (соответственно, общее количество во Вселенной на девять порядков больше, чем количество барионов - это очень важно, поскольку показывает ту самую степень нарушения комбинированной четности, которую я не раз упоминал и которая является одним из ключевых параметров многих физических теорий, объясняющих происхождение нашей Вселенной), температура его - 2,725 градусов Кельвина, длина волны, соответственно - 1,9 миллиметра. Наша Галактика и вся Местная группа галактик движутся относительно этого излучения (это называется пекулярной скоростью - "скоростью относительно Вселенной").
Пекулярная скорость Солнца - 370 км/с. Точка апекса (направление движения в галактических координатах; о галактических координатах см. http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg77129#msg77129) - α = 12°, δ = -12°.
Сам Млечный путь в целом движется относительно реликтового фона со скоростью около 552 км/с.
Местная группа галактик движется относительно реликтового фона со скоростью около 627 км/с в направлении α = 276°, δ = 30°.
Местное сверскопление галактик в целом движется относительно реликтового фона со скоростью около 150 км/с.
При этом направления пекулярных скоростей Местной группы и Местного сверхскопления различны и практически никак не связаны.


Еще мы знаем, что реликтовое излучение чрезвычайно изотропно (с точностью выше 0,01%), а отклонения от изотропности (более "горячие" и "холодные" участки) преимущественно свидетельствуют о первичных неоднородностях вещества, возникших в момент Большого взрыва.

Но неоднородности реликтового фона говорят не только об этом.
Представим себе фотон реликтового излучения, летящий во Вселенной. Вообразим, что по пути ему встречается большая масса. Например, скопление галактик. Эта масса притягивает фотон - и он немного ускоряется, а поскольку фотон и так летит со скоростью света, его "ускорение" означает повышение энергии, то есть, частоты (и температуры) с уменьшением длины волны. Потом он пролетает через эту массу - и теперь она его тормозит, и фотон, соответственно, "замедляется" (его энергия и частота падают, длина волны - растет).

Если бы Вселенная была стационарной, то фотон улетел бы от скопления, восстановив ту же изначальную энергию, с которой к нему прилетал.

Если бы Вселенная расширялась равномерно с постоянной скоростью, то фотон, подлетая к массе, быстро набрал бы энергию, а потом, пролетев мимо нее, из-за увеличения количества пространства, терял бы ее не так быстро, но зато более длительное время, так что в результате опять же, он восстановил бы свою первоначальную энергию.

Но если Вселенная расширяется ускоренно, то окажется, что за то время, которое потребовалось фотону, чтобы пролететь мимо скопления и удалиться, пространство на его пути увеличивалось быстрее, чем за то время, пока он к скоплению подлетал; притяжение ослабло, и на улетающий фотон в результате действовала меньшая гравитационная сила, чем на прилетающий. То есть, масса, мимо которой фотон пролетел, немного поделилась с ним энергией.

Получается нетривиальный результат, именуемый эффектом Сакса-Вольфа - в ускоренно расширяющейся Вселенной фотон, пролетевший мимо большой массы, приобретет большую энергию, чем фотон, летевший по пустому пространству. Вернее, потеряет меньшую.
Таким образом, в ускоренно расширяющейся Вселенной более "горячие" области реликтового излучения должны указывать не только на области, которые во время отделения вещества от излучения и образования реликтового фона (через 380000 лет после Большого взрыва) были более плотными и горячими, но и на области, которые за время странствий фотонов реликтового излучения по дороге к нам были более плотно заполнены веществом. Проверка неоднородностей реликтового фона показывает, что, действительно, они во многом соответствуют крупномасштабной структуре Вселенной: фотоны, проходившие через пустые участки пространства - войды, - оказываются более холодными, чем фотоны, проходившие через области сверхскоплений галактик. Значит появляется еще один механизм изучения крупномасштабной структуры Вселенной.
При этом следует обратить внимание на интересное обстоятельство - полученное экспериментальное подтверждение эффекта Сакса-Вольфа неопровержимо и однозначно доказывает факт ускоренного расширения Вселенной.

Правда, при практическом применении эффекта Сакса-Вольфа возникает одна проблема. Одно из следствий эффекта - то, что по результатам наблюдений реликтового фона отделить влияние первичных неоднородностей вещества во Вселенной (изучение которых позволяет очень многое узнать о реальном характере образования нашего мира и его самой-самой ранней истории, первых тысячелетиях, секундах и мгновениях) от воздействия существующих крупномасштабных неоднородностей распределения материи оказывается весьма сложно. Например, трудно понять, является ли видное холодное "пятно" реликтового излучения остатком области пониженной плотности древнейших времен, которую мы видим в том состоянии, какой она была примерно 13,8 миллиарда лет назад, через 380 тысяч лет после Большого Взрыва, или следом супервойда - огромной пустой области во Вселенной, удаленной от наc на миллиарды световых лет и имеющей диаметр в сотни миллионов световых лет. Поэтому применение эффекта требует всегда дополнительного анализа.

А теперь задумаемся еще над одной проблемой. Расширение Вселенной начало ускоряться только пять миллиардов лет назад. До этого Вселенная расширялась с замедлением. А это означает, что если, скажем, шесть миллиардов лет назад фотон, к примеру, реликтового фона пролетал мимо какого-нибудь гиперскопления размером в два миллиарда световых лет (условным размером, разумеется), то в течение миллиарда лет он по сравнению со своим коллегой, летевшим по пустому пространству, терял энергию быстрее, а затем в течение следующего миллиарда световых лет - медленнее. В результате оба (прямой и инверсный) эффекта скомпенсируются, и мы из наблюдений реликтового фона вообще не сможем увидеть наличия крупных масс, находящихся на красном смещении около z=0,5, то есть, на расстояниях по времени распространения около пяти миллиардов световых лет.
И это тоже требует дополнительного анализа.

Ну, а что до практического применения - то проведенные в последние годы исследования подтверждают наличие эффекта Сакса-Вольфа для 87 известных войдов, расположенных на красных смещениях от 0,2 до 0,9 (расстояния от 2,5 до 7 миллиардов световых лет по времени распространения) на площади 5000 квадратных градусов. Причем снижение энергии фотонов по сравнению с фоном полностью соответствует теоретическому расчету.
Так что да, Вселенная действительно расширяется с ускорением.

Ну, и заодно эффект Сакса-Вольфа очень наглядно иллюстрирует тот факт, что расширение Вселенной заключается в непрерывном рождении нового пространства в каждой ее точке, а ускорение расширения - в том, что этого пространства в единицу времени рождается все больше.

PS Впрочем, в любом случае см. http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=1828.msg91884#msg91884
« Последнее редактирование: 18 Авг, 2021, 11:54:48 от фок Гюнце »
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #169 : 18 Авг, 2021, 14:54:27 »

Кое-что о темных гало галактик

О том, что галактика - это в основном скопление ("фрейм") темной материи, составляющее основную ее массу (темное гало) - а видимая материя со всеми ядрами, дисками, рукавами, балджами и прочим интересным антуражем является лишь незначительным и не всегда обязательным элементом  галактики, я рассказал.
А вот не рассказал я о том, что это самое гало не является "размазанным" в пространстве (и лишь, возможно сгущающимся к центру) облаком темной материи - в нем присутствуют какие-то неясные и обнаруживаемые лишь изредка и с трудом по своему гравитационному воздействию на видимую материю  структурные элементы.

Некоторые примеры этому я решил привести.

Пример 1. Есть в астрономии такое понятие - звездный поток. Большая группа звезд, движущаяся вокруг центра галактики по общей орбите и имеющая общность происхождения, то есть, происходящая от галактики или звездного скопления, разрушаемых приливными силами.
В настоящее время несколько звездных потоков, обращающихся вокруг нашей Галактики и являющихся остатками древних, уже не существующих галактик и шаровых скоплений, разрушенных приливным взаимодействием с Млечным путем. Характерное количество звезд в каждом из этих потоков - от нескольких десятков до двух сотен миллионов, длина достигает нескольких десятков тысяч световых лет, а крупнейший из них - поток Хелми - несколько раз опоясывает Млечный путь.
Кроме этого, существует не менее трех звездных потоков от галактик, еще не до конца разрушенных гравитацией Млечного пути - поток карликовой галактики Большой Медведицы, крошечной и почти разрушенной галактики; поток карликовой галактики Большого Пса, который трижды обернулся вокруг Млечного пути, а сама галактика сейчас находится ближе к Солнцу, чем центр нашей собственной Галактики; поток карликовой эллиптической галактики в Стрельце.

(Ну а помимо этого, вспомним, что от обоих Магеллановых облаков тянется мощный поток водорода, массой в 200 миллионов масс Солнца, который Млечный путь ворует у этих соседей).

Полюбоваться звездными потоками со стороны можно, к примеру, на этой фотографии:
Это - комбинированная (оптика+инфракрасная) фотография спиральной галактики NGC 3521 (35 миллионов световых лет от нас). Очень яркое гало из нескольких"пузырей" - это и есть на самом деле чрезвычайно мощные звездные потоки, то есть, остатки множества растерзанных галактик меньшего размера.

Так вот, среди многих любопытных феноменов нашей Галактики есть звездный поток GD-1 - небольшая полоса старых низкометалличных звезд, имеющих примерно одинаковую скорость, растянутая по небу на 60 градусов и удаленная от нас немногим более, чем на 30 тысяч световых лет (так что небольшая она - по количеству звезд, а не по размеру).
Если более крупные звездные потоки, которые я упоминал - это остатки разрушенных приливными силами при взаимодействии с гравитацией Млечного пути небольших галактик, то этот поток явно на такой масштаб не тянет. Судя по всему, это - остаток разрушенного нашей Галактикой крупного шарового звездного скопления.

Поток GD-1 достаточно хорошо исследован, картографирован, определены скорости составляющих его звезд, построено их (и звезд, и скоростей) пространственное распределение. Собственно, прелесть этой работы - в том, что она должна была позволить получить информацию о форме темного гало нашей Галактики. Но при этом возникают сложности: поток на удивление является возмущенным - в нем наблюдаются вариации скоростей звезд и формы самого потока, которые свидетельствуют о взаимодействии потока с каким-то массивным объектом (масса - порядка миллионов, а скорее - десятков миллионов солнечных).
Поиск ответственных за возмушение потока GD-1 тел - будь то шаровые скопления или же карликовые галактики-спутники нашей Галактики - не дал результатов. Нет их в должном месте и в должном количестве.

Появилась интригующая гипотеза - а что, если возмущающий объект невидим?
Точнее говоря, на роль возмущающего объекта прекрасно подходит сгущение темной материи - некая плотная структура, входящая в состав темного гало Галактики и имеющая повышенную на два порядка плотность. В принципе, такая структура представляла бы собой вполне допускаемое (и даже требуемое) теорией облако темной материи, в сущности, неродившуюся или же "темную", беззвездную галактику (а такие же облака, сумевшие притянуть к себе видимую материю - это, в сущности, и есть видимые нам галактики).

Замечу, что исследования потока дают интересные результаты. При низкой средней металличности звезд потока [Fe/H] = -2,2±0,12 возраст их составляет, преимущественно, около 13 миллиардов лет. Тринадцати миллиардов лет. Погибшее шаровое звездное скопление было старше нашей Галактики. Помолчим...

Интересным оказалось возмущенное движение звезд потока. Было доказано существование отрыва части звезд от остального потока за счет недавнего взаимодействия с значительной (порядка миллионов солнечных) массой. Заодно удалось определить положение возмущающей массы в Галактике - и при обследовании возможных источников этой массы подтвердилось отсутствие ее наблюдаемых проявлений. Соответственно и независимо от предыдущих исследований (моделирование динамики потока проводилось до публикации их результатов) родилось весьма веское предположение, что это может быть весьма плотное сгущение гало темной материи Млечного пути.

Увы, вопрос о том, что представляет собой это сгущение темного гало - темный фрейм захваченной в незапамятные времена галактики, исходное сгущение темной материи, галактикой не ставшее, или продукт гравитационной неустойчивости темного гало Млечного пути - в настоящее время ответа еще не имеет.

Пример второй.
Посмотрите на эту фотографию:
Это - ближайшее к Солнцу рассеянное звездное скопление Гиады. Яркий Альдебаран на переднем плане можно игнорировать - он туда не входит.

Возраст скопления оценивается в 625 миллионов лет, находится оно на расстоянии 153 световых года и имеет диаметр около десяти световых лет (при том, что гравитационный радиус, в котором суммарное притяжение скопления является наибольшим из всех гравитационных воздействий, оценивается в 33 световых года).
Суммарная масса звезд скопления - около четырехсот тридцати солнечных, за время жизни оно уже потеряло более половины изначально входивших в него звезд. И вот тут начинается интересное...

Обзор звезд Галактики (с переписью населения) в принципе, позволяет по возрасту и металличности найти звезды, которые с большой долей вероятности родились в данном скоплении и его покинули. И по большей части, как показывают расчеты и подтверждают наблюдения, такие звезды преимущественно группируются в направлении наибольшего приливного воздействия масс, окружающих скопление - ну, а для галактических скоплений, как нетрудно понять, оно определяется суммарной массой остальной галактики. В результате с возрастом из рассеянных скоплений начинают вытягиваться "хвосты" из потерянных под действием гравитации своей галактики звезд - числом два, симметрично расположенных.
Так что если скопление изначально имеет шаровидную форму, с течением времени оно начинает выглядеть так:

А потом - так:

Так вот, с Гиадами все не так, как у прочих скоплений. Приливные хвосты совсем несимметричны, один большой и звезд в нем много, второй - поменьше, и звезд в нем мало. На карте это выглядит так:

Гравитационного потенциала Галактики для объяснения такого феномена явно недостаточно. Нужна дополнительная недалеко расположенная масса (около десяти миллионов солнечных), которая бы и обеспечила асимметрию хвостов. Точнее говоря, нужно, чтобы в процессе обращения вокруг галактического центра скопление Гиады прошло относительно недалеко такой массы. И масса должна быть достаточно сосредоточенной, а не распределенной по большому объему - иначе градиента гравитационного потенциала для такого асимметричного приливного воздействия будет недостаточно.

Ну, а объяснять, где в Галактике найти удаленный на десятки тысяч световых лет от ее центра достаточно компактный объект массой в десяток миллионов солнечных, думаю, не нужно. Видимых объектов такого масштаба не находится - а если бы они и имели место, не заметить такое было бы просто невозможно.

В общем,как и в первом случае, в Млечном пути обнаружено еще одно компактное плотное сгущение темной материи масштаба масс небольшой галактики. Что это - изначальный феномен темного гало или остаток древнейшей поглощенной галактики - тоже пока можно только гадать.
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #170 : 19 Авг, 2021, 08:22:08 »

О злокозненной природе сверхмассивных черных дыр в центрах галактик

Знаете ли Вы, что активность центральной черной дыры в галактике препятствует звездообразованию?
И делает активные ядра галактик это шестью разными способами:

1. Черные дыры поглощают свободный газ, необходимый для звездообразования. И чем активнее ядро галактики - тем больше, стало быть, газа поглощает.

2. Джеты активных ядер выбрасывают из галактики непоглощенный газ, дополнительно снижая количество материала, доступного для образования новых звезд. причем, выброшенного газа может быть на три порядка больше, чем поглощенного.

А еще активные ядра нагревают те скудные остатки галактического газа, которые не сумели выбросить, а горячий газ не может конденсироваться в звезды (говоря научным языком, условием конденсации является превышение потенциальной гравитационной энергии массы газа над его тепловой энергией. И чем выше температура газа - тем больше его надо накопить, чтобы он смог собраться в протозвездное облако. А это уже сложно и маловероятно). При этом нагревают они газ в галактике сразу тремя способами:
3. Излучением нагретого до колоссальных температур аккреционного диска. Он излучает высокоэнергетические потоки вещества и фотонов (галактические ветры), не только нагревающие галактический газ, но и "выдувающие" его из галактики;
4. Акустическими волнами от испускаемых со своих полюсов джетов (очень эффективный механизм, кстати);
5. Магнитным полем в окрестности аккреционного диска.

6. Джеты активных ядер нагревают (причем, в первую очередь, акутическими волнами) межгалактический газ в окрестностях галактики, препятствуя его аккреции на галактику или, если уж он попадает на галактическую периферию, конденсации в звезды (опять же, потому что он нагретый).
 
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #171 : 19 Авг, 2021, 08:55:28 »

Кое-что о взаимосвязях между параметрами галактик

Я как-то упоминал, что многие параметры галактик оказываются связанными между собой совершенно неочевидными (но при анализе - вполне логичными) способами.

А сейчас решил рассказать об этом подробнее.

1. Темп звездообразования в галактике антикоррелирует с массой ее центральной черной дыры - чем больше масса центральной сверхмассивной черной дыры галактики, тем, в среднем, ниже темп зведздообразования в ней.
Рассказ об этой взаимосвязи начну с забавной цитаты из вполне серьезной научной статьи:
Мы обнаруживаем, что корреляция между содержанием газа и скоростью звездообразования модулируется свойствами черной дыры, так что галактики с более высоким SFR при данном содержании газа имеют более мелкие черные дыры. (SFR -  star formation rate, стандартный акроним для темпа звездообразования).
Цитата выглядит прелестно. "Мы провели моделирование и обнаружили корреляцию между закупками людьми одежды в магазинах и их анатомическими парамерами, так что люди, носящие одежду большего размера, при прочих равных условиях оказываются имеющими больший рост".
На самом деле все наоборот. Не рост определяется размером одежды, а размер одежды - ростом. И не галактики с более высоким темпом звездообразования имеют более мелкие черные дыры - на самом деле, галактики, имеющие более крупные черные дыры, в силу негативного влияния активности черной дыры, о котором я рассказал в предыдущем посте, имеют меньший темп звездобразования.
В общем, не у галактик с более высоким SFR меньшие черные дыры - а в галактиках с меньшими черными дырами (даже при равном содержании газа) выше SFR, потому что газу легче конденсироваться в звезды.


2. В спиральной галактике рост ее балджа слабо антикоррелирует с темпом звездообразования в ней - в среднем, большой балдж немного снижает темп звездообразования.
Причина, в принципе, понятна. Чем больше балдж, тем больше его гравитационное поле. А внешнее гравитационное поле стабилизирует вращение диска и препятствует образованию в нем возмущений, вызывающих сжатие рассеянных газовых облаков и способствующих образованию звезд. Тем более, что известна еще и косвенная корреляция масс балджа и темного гало галактики (косвенная - потому что она опосредована: с ростом массы темного гало в среднем растет масса центральной черной дыры; с ростом массы центральной черной дыры в среднем растет масса балджа) - а большая масса темного гало тоже стабилизирует вращение барионной материи в диске.

3. При прочих равных условиях в спиральных галактиках с баром темп звездообразования несколько выше, чем в спиральных галактиках без бара.
Прична понятна, если вспомнить механизм формирования бара (о нем - здесь http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg76820#msg76820)
Во-первых, наличие бара указывает на приток газа в галактику - бары не вечны, и если притока нет, бар может рассеяться. При этом, если притока нет, то и звездообразование заканчивается.
Во-вторых, есть и более важная причина, связанная с ранее указанным влиянием гравитационного поля на звездообразование. Если вращение материи в диске стабилизировано, она не теряет момент, не опускается к центру галактики, не уходит под внутренний радиус Линдблада, а значит, не формирует бар.
Кстати, подчеркиваю: все это - при прочих равных условиях. А в общем случае чрезмерный приток аккрецирующего на галактику газа тоже разрушает бар (или не дает ему сформироваться: я рассказывал, что бары - образования хрупкие). Именно поэтому за последние миллиарды лет по мере исчерпания доступного газа доля галактик с баром среди спиралей возрастает (хотя SFR постоянно снижается). А вот спустя, ориентировочно, три-пять миллиардов лет доля галактик с баром начнет падать - аккрецирующего межгалактического газа в скоплениях останется так мало, что поддерживать бары будет нечем.

4. При равных размерах галактик, чем больше у дисковидной галактики балдж, тем в среднем большее количество карликовых сферических (подчеркну: именно карликовых сферических, класс dSph. http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg76818#msg76818) галактик находится у нее в качестве спутников.
На вид - оригинальное и совершенно непонятное правило. Однако est modus in rebus.
Первая причина, вроде бы, лежит на поверхности. Чем больше спутников, тем эффективнее они стабилизируют обращение вещества в диске, подавляя образование циклонов, антициклонов и иных возмущений диска. А значит, чем больше спутников, тем эффективнее подавляется звездообразование (не схимаются от возмущений газовые облака). А значит, меньше газа в галактике расходуется на звездообразование - и тем больше газа аккрецируется на ее центральную область. А там - балдж. А еще там центральная черная дыра. А значит, при большом количестве спутников больше материала и для звездообразования в балдже, и для роста центральной черной дыры. К тому же и масса балджа коррелирует с массой центральной черной дыры (только что упоминал об этом)l. А также вспомним о гипотезе формирования балджей из аккреционных дисков вокруг древних центральных черных дыр.

Но давайте не спешить с ответом. В нем есть несколько темных мест.
Например, одно их темных мест: балдж сформировался из аккреционного диска давно - еще на этапе формирования самой галактики - и отчего его массе коррелировать с массой черной дыры в результате последующих процессов, неочевидно. Хотя слабую корреляцию указанный механизм, конечно, обеспечит.
Другое темное место: а почему, собственно, в таком случае размер галактик один и тот же? Если балдж прирастал за счет того газа, который не тратился на звездообразование в самой галактике (да еще и значительная часть этого газа вообще пропала, будучи израсходована на рост черной дыры) - так вроде, все перемены, в натуре случающиеся, такого суть состояния... в смысле, тем меньше газа достанется остальной галактике.
Ну, и третье темное место - а почему, собственно, у одной галактики больше спутников, а у другой - меньше? И почему речь идет именно о карликовых сфероидальных галактиках класса dSph?

Конечно, хотелось бы сказать, что так уж вышло (в смысле, задать произвольные начальные условия) - но на страже наших желаний стоят два могучих фактора: здравый смысл и космология. И оба объясняют, почему dSph.
Вспомним, что это такое. dSph - это карликовые сферические галактики. Очень тусклые, обычно старые и красные галактики, очень древние, в сущности, первичные галактики, сформированные на заре времен и счастливо избежавшие поглощения со стороны крупных собратьев.
А здравый смысл в сочетании с любой моделью эволюции подсказывают, что количество спутников большой галактики коррелирует с ее массой. Чем больше начальная масса галактики - тем, стало быть, больше спутников она имела. Потом, конечно, в ходе разных приключений, взаимодействий галактик, харассмента http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg42672#msg42672, наконец, количество и морфология спутников может измениться - но число карликовых сферических галактик вокруг большой галактики все же отражает, каким это количество было изначально. Ну, а спорить с моделями эволюции - это хм... Обычно, как только кто-то неосторожно об этом задумывается, из темного-темного угла бесшумно выходит большой черный-черный кот и произносит вполголоса, но явственно: «Не советую, гражданин... мнэ-э... не советую. Съедят», после чего сразу удаляется, подрагивая хвостом. После этого оспаривать модель решаются только или очень сильные духом, или недостаточно осведомленные, или равнодушные к репутации. Ну, или те, кто готов предложить свою модель, как минимум, не худшую по всем параметрам.
А если предложит - то при работе с моделью обнаружит, что этот вывод останется неизменным.

Ну, и теперь последний вопрос: если количество спутников класса dSph коррелирует с массой галактики-хозяина, а мы имеем две галактики-хозяина, одинаковых по размеру, но имеющих разное количество спутников, о чем это говорит?
Правильно. Массы у них разные.
А раз размер галактик одинаков, а массы разные, о чем это говорит?
Правильно. О том, что масса галактики не определяется видимым размером - есть что-то невидимое, которого у одной галактики мало, а у другой много. То есть, темная материя.

Кстати, теперь и рассуждать проще. Та галактика, которая массивнее и обладает большим начальным количеством спутников, и газ притягивает (а раньше, когда газа было много - тем более!) в куда большем размере. И масса темного гало не давала быстро израсходовать газ на звездообразование, стабилизируя его движение (гораздо эффективнее, замечу, чем гравитация спутников) - вот он и падал к центру. И масса черной дыры росла (отсюда и корреляция массы темного гало и центральной черной дыры галактики), и будущему балджу, соответственно, больше досталось (отсюда корреляция масс балджа и центральной черной дыры) - а размер галактики не возрастал.

И модели ΛCDM (вспомним последнюю ссылку) приятно.

А вот без темной материи удовлетворительно объяснить наблюдаемую корреляцию размеров балджа и количества dSph-спутников не получается.

5. При прочих равных условиях темп звездообразования и металличность свободного газа галактики антикоррелируют - чем выше SFR, тем ниже металличность.
Попробуем порассуждать о металличности газа в галактике и звездообразовании.
Ясно, что металличность газа в галактике растет в результате интенсивного звездообразования - звезды живут, в них нарабатываются металлы, они сбрасывают оболочки, обогащенные металлами, а наиболее массивные взрываются сверхновыми - и тут уж металлов после взрыва остается очень много.
Звездообразование в галактике усиливается по нескольким причинам. А газ в составе галактики происходит из нескольких источников.

И в этой связи возможны варианты.

Вариант 1.Усиленное звездообразование в галактике может происходить по причине аккреции на нее большого количества межзвездного газа. А на вторую галактику, с меньшим темпом звездообразования, аккреции не происходит или происходит в значительно меньшем объеме. Отсюда следует, что в той галактике, где выше темп звездообразования, выше доля межгалактического газа. А межгалактический газ обеднен металлами.
А это значит, что там, где выше темп звездообразования, ниже металличность.

Вариант 2. Усиленное звездообразование в одной галактике может происходить по причине того, что в галактике много собственного газа, и он еще не переработался в звезды. А во второй галактике звездообразование мало, потому что оно уже закончилось, и газа в ней осталось мало. То есть, в первой процесс звездообразования с повышением металличности галактической среды еще не завершен, и металличность еще пока растет, а во второй процесс уже прошел, и металличность уже выросла.
А это значит, что что и в этом случае там, где выше темп звездообразования, ниже металличность.

А отсюда вывод: независимо от причин высокого или низкого темпа заздообразования, его высокое значение сопровождается низкой металличностью газа - SFR и металличность свободного газа галактики при прочих равных условиях антикоррелируют.

6. Металличность гигантской эллиптической галактики и радиус расположения ее шаровых скоплений антикоррелируют - чем выше металличность, тем меньше радиус расположения шаровых звездных скоплений (при прочих равных условиях).
Диаметр барионного гало (видимой материи) большой эллиптической галактики со временем уменьшается. Из-за динамического трения, о котором я много раз говорил.
Диаметр темного гало тоже уменьшается. Из-за динамического трения в этом гало - а еще из-за охлаждения темного гало барионной материей - в сущности, из-за этого же динамического трения, только с нюансами. Нюансы эти интересны для развития "астрономического мышления", и может, я о них еще расскажу.
В любом случае, в результате гигантские эллиптические галактики со временем закономерно становятся более компактными и плотными.

При этом есть интересное обстоятельство: "звездный диаметр" галактики (ее размер, определенный по плотности звезд) уменьшается относительно быстро - звезд много, и они имеют относительно малую массу, что способствует равномерному распределению их скоростей со временем, а значит, и относительно быстрому приближению звезд к центру галактики. А вот шаровые скопления, изначально вкрапленные среди звезд гало, приближаются к центру галактики намного медленнее; выражаясь строго, скорость уменьшения диаметра гало шаровых скоплений намного меньше скорости уменьшения диаметра звездного гало.

Объясняется это тем, что шаровые скопления являются динамически едиными (могут рассматриваться в масштабах галактики как единые точечные объекты) и массивными (массой в сотни тысяч, а то и миллионы средних масс звезд), и при этом их вклад в общую массу невелик (хотя в общем их количество может быть велико, относительно остальной массы галактики они весят немного, вспомним мистическое правило пяти миллиардов - масса галактики составляет пять миллиардов масс Солнца на одно скопление, то есть, где-то на четыре (и более) порядка превышает суммарную массу скоплений).
В результате шаровые скопления обмениваются импульсом преимущественно с намного менее массивными объектами - звездами - а не друг с другом, а стало быть, теряют скорость из-за динамического трения намного медленнее, чем остальные компоненты галактики.

А отсюда вывод: с течением времени у большиъ эллиптических галактик гало шаровых скоплений "выходит наружу" - звезды приближаются к центру галактики, а шаровые скопления, делая это гораздо медленнее, оказываются на ее периферии. И чем старше галактика, тем лучше это должно быть выраженным.

Ну, а то, что чем старше галактика - тем выше у нее металличность, очевидно.

Не верите? Посмотрите к примеру на ближайшую сверхгигантскую эллиптическую галактику Дева А http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=1702.msg91648#msg91648 (можете на любую другую аналогичную - просто эта видна лучше всех).
Тринадцать тысяч шаровых скоплений (это при том, что в Млечном пути их и две сотни не наберется!) - и все на периферии. Звезды этой галактики давно "спрятались" вглубь, потеряв кинетическую энергию, а шаровые скопления остались почти на своем изначальном месте.
Вспомним при этом, что шаровые скопления нашей Галактики пока еще рассеяны среди звезд барионного гало. Но не потому, что Млечный путь молод, а потому, что он намного менее массивен и плотен, и динамическое трение для нашей Галактики выражено куда слабее.

Кстати, отсюда - несколько выводов.
Первый вывод. Чем более выражено расположение шаровых скоплений на периферии, тем при прочих равных условиях более старой является гигантская галактика.
Второй вывод - с течением времени все большие галактики приобретут своеобразный вид - плотные, красные, с облаком шаровых скоплений вокруг.
Третий вывод. Становится ясным объяснение наблюдаемого феномена - антикорреляции металличности и радиуса расположения шаровых скоплений. Молодые высокометалличные скопления преимущественно концентрируются ближе к центру галактики, более старые и низкометалличные выраженно рассеяны на периферии. Старые скопления образовались в те времена, когда радиус галактики был большим. А более молодые шаровые скопления высокой металличности, образовавшиеся позже, в основном расположены ближе к центру галактики - там, где в эпоху их формирования плотность материала уже была выше из-за "уплотнения" галактики.
Остальные выводы можно делать самостоятельно. Например, если во время путешествия по космосу Вы увидите гигантскую эллиптическую галактику без видимого гало шаровых скоплений, задумайтесь, не слишком ли Вы много времени провели в пути: десятки и сотни миллиардов лет - это чересчур.

7. Возраст гигантской галактики коррелирует со степенью удаления шаровых скоплений от основной массы барионного гало (чем старше гигантская галактика, тем более периферийным выглядит расположение ее шаровых скоплений).
Объяснение см. в п. 6.

8. Цвет гигантской галактики и отношение массы ее видимого (барионного) вещества к массе ее темной материи коррелируют с количеством спутников (окружающих ее и гравитационно взаимодействующих с ней карликовых галактик). При прочих равных условиях, чем больше спутников у галактики, тем более красной она является и тем меньше ее видимая масса (тем большую долю ее массы составляет темная материя).
Тоже на первый взгляд парадоксальная взаимосвязь - но тем не менее, она подтверждена наблюдениями и имеет вполне логичное объяснение.

Дело в том, что, как Вы понимаете, количество звезд и вообще, барионной материи в гигантских галактиках прирастает не только мерджингами, но и аккрецией межгалактического газа на галактику. Межгалактический газ захватывается притяжением галактики, опускается к ее центру, пополняет собой межзвездный газ - материал для звездообразования - сжимается и дает начало новым звездам.

Разумеется, это возможно лишь при условии, что газ является достаточно холодным. Если газ горячий (а мы же знаем, что межгалактический газ, как правило, достаточно горяч - миллионы и десятки миллионов градусов), то его тепловая энергия велика, и притяжение галактики его не захватит и не притянет. Так что для захвата и увеличения количества барионного вещества галактики (звезд и межзвездного газа) годится лишь та незначительная часть окружающего газа, которая имеет низкую температуру.
Соответственно, если при прочих равных условиях для какой-то галактики будет действовать некий механизм, нагревающий газ в ее окрестностях, то в течение действия этого механизма прирост количества барионной материи в этой галактики будет меньшим, чем в другой аналогичной галактике, для которой такой механизм не действует. А значит, и отношение масс барионной и темной материи будет для такой галактики меньшим, и звезды будут образовываться реже, а значит, к моменту наблюдения относительно молодые большие и яркие голубые, белые и бело-желтые звезды уже умрут (мы же хорошо помним, что с ростом массы яркость звезд быстро растет, а продолжительность жизни звезд быстро снижается) - и галактика будет более красной.

При чем тут галактики-спутники, спросите Вы?
Дело в том, что наличие галактик-спутников оказывается очень эффективным механизмом нагрева газа, окружающего гравитационно доминирующую над ними галактику. Чем больше спутников и чем выше их суммарная масса, тем выше средняя температура газа, окружающего галактику, и тем меньше в нем доля холодного газа. Так что чем больше спутников - тем меньше материала для строительства новых звезд захватывает доминирующая галактика.

Возникает вопрос - как именно галактики-спутники нагревают газ? Понятно, что не излучением своих звезд - я не раз повторял, что межгалактический газ в среднем намного горячее любой звезды, и ходячее представления о ледяных просторах космоса, по которым рассыпаны горячие звезды, неверно - правильнее говорить о раскаленных пустынях, по которым рассыпаны холодные галактики. Ответ на вопрос интересен: нагрев происходит гравитационной энергией взаимодействия галактик-спутников с доминирующей галактикой, в частности, сверхзвуковыми ударными волнами, порождаемыми спутниками, движущимися в среде межгалактического газа.

Вот такие интересные закономерности.
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #172 : 19 Авг, 2021, 09:13:04 »

И закономерность номер 9

Эта закономерность выглядит так: Плотность темной материи в центральных областях карликовых галактик антикоррелирует с текущим темпом звездообразования (SFR) в галактике - чем выше эта плотность, тем в среднем ниже темп звездообразования.

Рассказ об этой закономерности достаточно велик и потребовал отдельного поста.

Начинать его следует издалека.
В 2015 году обнаружилось, что согласно модели ΛCDM (http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=101.msg42672#msg42672), в которой использованы наблюдаемые значения плотностей темной энергии и темной материи и учтены барионные акустические колебания в первичной плазме, впоследствии породившие сверхскопления и гиперскопления галактик, в принципе, эволюция видимой Вселенной должна идти немного не так, как наблюдается. А именно, плотность кластеров (скоплений галактик) в первом приближении теории должна быть намного большей, чем наблюдаемая, и разнообразие (и расположение) галактик в кластерах должно быть совсем иным - модель сама по себе гласит, что в результате эволюции в течение первого-второго миллиарда лет должны сформироваться плотные гравитационно связанные кластеры, достаточно быстро эволюционирующие за счет динамического трения (постепенного выравнивания скоростей взаимодействующих объектов за счет их гравитационного взаимодействия) в ископаемые кластеры  или близкие к ним - с одной или несколькими сверхгигантскими галактиками в центре и небольшим количеством еще не доеденных галактик, кружащихся поблизости.
На самом же деле ископаемых и близких к ним плотных кластеров не так уж много - и мы наблюдаем куда менее плотные скопления типов II и III в достаточно большом количестве.
Некоторое время те исследователи, которые были не склонны бросаться пересматривать стандартную модель, вынуждены были "вручную" вводить дисперсию скоростей ранних галактик в протоскоплениях, надеясь на то, что впоследствии станет ясным, откуда она берется.

А потом злоумышленник (хотя отчего злоумышленник? Он, конечно, с одной стороны, изрядно потрудился, заставив развитие скоплений галактик видимым образом отклониться от предписаний стандартной модели - но ведь с другой стороны, он продлил этим скоплениям жизнь на многие миллиарды лет!) был найден. И оказался он все той же реионизацией. Она, как мы помним, отвечает за дифференциацию галактик по массе и эффект Матфея. Выяснилось, что за продление жизни и рыхлость скоплений галактик она отвечает тоже.

А механизм ее действия для данного случая оказался прост. Без реионизации плотность газа и галактик в юных кластерах была бы велика; соответственно, как сказано выше, скопление галактик достаточно быстро сжималось бы, быстро эволюционируя. Но излучение новорожденных звезд, взрывов сверхновых, которых в те времена было много из-за бурного звездообразования, а также джетов квазаров ионизировало газ (что и есть реионизация), а также своим лучевым давлением выталкивало его из галактик. А совместное действие лучевого давления протогалактик в скоплении выталкивало газ из центра скопления на периферию (а ведь в те времена, когда большая часть газа еще не была переработана в звезды, его было много!). Соответственно, в результате этого процесса газ не распределялся внутри скопления, а выбрасывался на его периферию - и теперь вместо того, чтобы притягивать галактики внутрь скопления, начинал своей гравитацией "вытягивать" их наружу. Ну, и следовательно, вместо того, чтобы двигаться к центру скопления, юные протогалактики начинали под действием притяжения вытесненного газа расходиться от его центра, причем, с немалой скоростью - в среднем, около 0,5 м/с. Вместе с расширением самого скопления. Оригинальный механизм.

И только гораздо позже, когда вытесненный газ частично рассеялся в межгалактическом пространстве, частично был съеден, галактики кластера под действием уже собственного притяжения и динамического трения начали "останавливаться" и медленно сближаться. Кстати, именно поэтому, как правило, чем больше галактик в скоплении, то есть, чем выше его масса, тем более оно концентрировано и тем его форма ближе к правильной.

В целом, описанный механизм снижения плотности ранних скоплений галактик называется механизмом гравитационной обратной связи. Запомним это.

А в 2019 году была статистически подтверждена эта самая закономерность карликовых галактик - антикорреляция плотности темной материи в их центральных областях с текущим темпом звездообразования (SFR) в галактике.

На первый взгляд, она выглядит несколько неожиданно. Какое, казалось бы отношение плотность темной материи имеет к SFR - феномену, относящемуся сугубо к материи барионной? И отчего эта странная закономерность характерна именно для карликовых галактик?

Доя гиганских дисковидных галактик связь плотности темной материи с SFR тоже существует - я об этом рассказывал - и объясняется просто: темная материя стабилизирует своей гравитацией вращение вещества в диске. Чем выше ее плотность - тем более стабильно вращение, тем меньше возмущений движения, сжатия газа и, соответственно, условий для звездообразования.

Но для карликовых галактик это объяснение очевидно не подходит. Как минимум, потому, что высокий темп звездообразования в карликовой галактике может поддерживаться лишь очень короткое время и, соответственно, не определяется плотностью темной материи,

А объяснение феномена выглядит интересным.

При интенсивном звездообразовании взрывы сверхновых и излучение ярких звезд "выдувают" газ из галактики - это называется галактическим ветром. А притяжение улетающего вещества увлекает за собой прочь часть темной материи. В результате темное гало галактики "раздувается", становясь менее плотным.
Собственно, по совсем иным проявлениям такой механизм известен - но для скоплений галактик. Ну, а здесь он действует для карликовой галактики.

А вообще, в связи с этим следует отметить терминологический нюанс.
Собственно, весь процесс можно описать как частичную передачу энергии взрывов сверхновых и излучения массивных звезд с преобразованием ее через цепочку посредников в дополнительную кинетическую энергию темной материи. А процесс приобретения дополнительной кинетической энергии элементами динамической системы в просторечии именуется ее (системы) нагревом.
Например, при гравитационном взаимодействии спиральной галактики с ее спутником звезды диска могут приобретать дополнительную скорость, и при этом диск увеличивается, "распухает" - и в таких случаях говорят о динамическом нагреве диска. Кстати, именно так Млечный путь обзавелся толстым диском (тонкий "динамически холодный" с меньшим разбросом скоростей звезд появился, как вы помните, позже).


Так что в какой-то степени можно говорить о том, что взрывы сверхновых динамически нагревают темную материю в галактиках - главное, понимать, о чем идет речь.

Ну и, разумеется, такой же процесс передачи энергии от барионной материи к темной гравитационной обратной связью и динамического нагрева фрейма темной материи характерен и для больших галактик. Только у них из-за большой массы (в первую очередь, массы темной материи) он куда менее заметен.

Ну, а если подумать над описанным процессом, можно додуматься до интересного вывода (замечу для истории - такое размышление занимает примерно два года: процесс был описан в 2019, а интересный вывод был сделан в 2021).
Если темное гало галактики, получая через гравитационное взаимодействие энергию от видимой материи, может динамически "нагреваться", то возможен и обратный процесс - с течением времени темная материя может отдавать энергию видимой (которая теряет ее при прочих взаимодействиях) и за счет этого динамически "остывать".

Поэтому темные гало старых галактик становятся со временем более компактными и плотными.

Это - все то же динамическое трение, о котором я не раз рассказывал, только один компонент системы - видимая материя - умеет не только обмениваться кинетической энергией, но и ее терять (или наоборот, приобретать из других источников), а второй - темная материя - не умеет.

Кстати, расчеты показали, что именно процесс передачи кинетической энергии за счет гравитационного взаимодействия от темной материи к видимой, которая сразу же начинает терять полученную энергию (например, газовые облака при столкновении нагреваются и тормозятся, растрачивая свою кинетическую энергию) играет основную роль в стабилизации темных гало галактик на ранних этапах их эволюции - даже несмотря на то, что масса видимой материи намного уступает массе темного гало.
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #173 : 20 Авг, 2021, 08:42:02 »

Просто красивое

Тут недавно и в другой теме упомянул я крупнейшую из известных спиральных галактик NGC 6872.
Решил немного рассказать про нее и про ее соседей.

NGC 6872 известна под неофициальным названием Кондор. Посмотрев на фотографию, нетрудно понять, почему.
El Cóndor pasa:

NGC 6872 удалена на 220 миллионов световых лет и превосходит нашу Галактику по диаметру почти в семь раз (при этом уступая по диаметру самой большой известной галактике - ископаемому кластеру IC 1101 - почти в десять раз).

Над балджем галактики чуть справа видна взаимодействующая с ней галактика IC 4970, сама по себе немаленькая - размером уступает Млечному пути менее, чем в два раза. По массе она меньше галактики Кондор примерно в пять раз.

Обратите внимание на:
- характерный приливной мост между обеими галактиками;
- верхний (левый) рукав NGC 6872. Ранее, всего лишь 130 миллионов лет назад, он был пробит насквозь галактикой IC 4970 при ее обращении вокруг NGC 6872 (как видите, IC 4970 утащила часть рукава с собой). Изучение скоростей материала в рукаве приводит к выводу о том, что сейчас удаленный конец рукава отрывается от материнской галактики. Если так, мы видим уникальное зрелище - формирование галактики-спутника фрагментацией материнской галактики.
Заодно (как легко видеть на фотографии) это событие запустило в рукаве активное звездообразование.

Если посмотреть на галактику Кондор, захватив при этом поле пошире, увидим вот что:

В центре фотографии находится крупная эллиптическая галактика  крупная эллиптическая галактика NGC 6876, центральная галактика собственного кластера - Группы Павлина. Именно ее гравитация "развернула" рукава галактики Кондор, превратив их в распахнутые крылья.
А еще (чего не видно на фотографии) взаимодействие NGC 6876 и NGC 6872 вытянуло из последней длинный (длиной более трехсот тысяч световых лет) газовый хвост.

а теперь попробуйте определить по фотографии, какая из галактик больше. Имеется в виду, в какой больше материала и какая из них, стало быть, массивнее. И на сколько.
Полная ("динамическая" - определенная по динамике видимого материала суммарная масса темной и барионной материи) масса NGC 6876 превосходит динамическую массу галактики Кондор практически на два порядка. И ведь не скажешь!
Так что кто в паре из далеко не самого крупного эллиптикала и самой большой известной спиральной галактики доминирует - очевидно.
Весьма наглядная иллюстрация разницы между большими эллиптическими и большими спиральными галактиками.


Разумеется, по всему этому NGC 6876 заслуживает того, чтобы посмотреть на нее в большем масштабе:

Ну, и несколько любопытных и характерных подробностей о NGC 6876:

Во-первых, недавно исследовали структуру шаровых скоплений галактики. Обнаружилось, что распределение их металличностей - бимодальное; четко выделяются группы старых низкометалличных и более молодых высокометалличных скоплений. Высокометалличные скопления преимущественно концентрируются ближе к центру галактики, более старые выраженно рассеяны на периферии. Это могло бы удивить любого, кто не читал http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=1702.msg91941#msg91941 - а того, кто прочитал, это удивлять не может. Старые низкометалличные шаровые скопления образовались в те времена, когда радиус галактики был большим. Более молодые шаровые скопления высокой металличности формировались позже, когда радиус галактики уменьшился, поэтому они в основном расположены ближе к центру галактики - там, где в эпоху их формирования плотность материала уже была выше из-за "уплотнения" галактики.

Во-вторых, плотность популяции высокометалличных шаровых скоплений выше вдоль направления на упомянутый газовый хвост галактики NGC 6872 Кондор. Это тоже совершенно логично - это признак приливного взаимодействия обеих галактик.

Ну, и заодно провели перепись шаровых скоплений галактики. Насчитали около 9400 (вспомним - в Млечном пути и двухсот не набирается).

А совсем недавнее исследование оценило полную динамическую массу галактики (суммарную массу темной и барионной материи). Оказалось, что она несколько выше ранее грубо оценивавшейся по светимости и составляет порядка пятидесяти триллионов солнечных. Действительно, прелестно.

Вы можете спросить, что прелестного в этом результате. Чтобы увидеть его прелесть, вспомним несколько раз упоминавшееся мной правило: полная масса галактики, выраженная в массах Солнца, в пять миллиардов раз превышает количество ее шаровых скоплений. Вот оно в действии.

« Последнее редактирование: 20 Авг, 2021, 08:47:37 от фок Гюнце »
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #174 : 20 Авг, 2021, 09:42:41 »

Прелесть какая!


Чудесное гравитационное линзирование: пять (четыре на кольце Эйнштейна, одно рядом с центром) изображений квазара  2M1310-1714 на красном смещении z=1,975 (около 10,5 миллиардов световых лет от нас по времени распространения), линзируемого находящейся на луче зрения парой гигантских галактик на красном смещении z=0,293 (примерно три с половиной миллиарда световых лет от нас).

Если кто-нибудь хочет подробностей - https://academic.oup.com/mnras/article/476/1/927/4840247
« Последнее редактирование: 20 Авг, 2021, 10:16:06 от фок Гюнце »
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #175 : 20 Авг, 2021, 10:10:46 »

А я вообще про гравитационное линзирование рассказывал?

Не могу найти. На всякий случай повторю.

Известно, что луч света в гравитационном поле, как и любое другое тело, отклоняется.
В свое время это было предсказано релятивистской теорией, и этот факт был использован для ее проверки.
Понятно, что чем сильнее поле, тем сильнее отклоняется луч.
Так что если между Вами и каким-нибудь объектом, который Вы собираетесь рассмотреть, поместить источник гравитационного поля, он немного сместит изображение объекта.
А если он лежит на одной линии между Вами и объектом, он изображение исказит. И если источник очень сильный - например, сверхмассивная черная дыра, - то искажение будет явно видимым. И очень интересным.
Астрономия знает множество примеров искажения движения света в сильном гравитационном поле объекта, находящегося между наблюдателем и наблюдаемым объектом (гравитационного линзирования).
Классическим примером является т.н. "Крест Эйнштейна":
На фотографии виден слабый абрис галактики ZW 2237+030, расположенной примерно в четырехстах миллионах световых годах от нас. В ее центре - странный крест. Центральное пятно креста - центр галактики со сверхмассивной черной дырой, а четыре ярких пятна вокруг него - это изображения расположенного за ней квазара QSO 2237+0305, удаленного на восемь миллиардов световых лет, полученные в результате искривления света сверхмассивной черной дырой галактики.

Подчас гравитационное линзирование рождает уникальные визуальные эффекты. Например, в двух миллиардах световых годах от нас находится крупное звездное скопление Abell 2218. Его фотография оказывается очень интересной:
Множество дуг и полос на фотографии - это вовсе не дефекты снимка, как могло бы показаться. Это - остатки изображений расположенных за скоплением объектов, до неузнаваемости изуродованные гравитационным полем множества галактик скопления.
Гравитационное линзирование не только искажает, но и увеличивает изображение объектов, расположенных за линзирующей массой, что иногда оказывается очень полезным - получить увеличенное изображение всегда полезно, по нему можно узнать много таких подробностей, которые другими методами оказываются недоступными.

А бывают и экзотические наблюдения. Например, в свое время наделала шуму интересная история: квазар Q0957+561 (красное смещение z=1,41 (8,7 миллиарда световых лет)) виден на небе в виде двух изображений, потому что он линзируется гигантской эллиптической галактикой Q0957+561 G1, удаленной на 3,7 миллиарда световых лет. Из-за движения галактики и ее звезд изображения квазара немного меняются, и при наблюдении этого процесса было обнаружено наличие в линзирующей галактике объекта массой, близкой к земной, идентифицируемого как планета - самая далекая из наблюдавшихся планет.
С тех пор, правда, шум утих - таким же образом в других линзирующих галактиках были найдены и другие планеты.

Часто бывает, что линзирующий объект имеет не слишком большую массу, так что заметно исказить изображение расположенного за ним точечного объекта он не может (луч света отклоняется на очень небольшой угол). Зато лучи, обходящие линзирующий (расположенный ближе к нам) объект слева и справа, складываются, поэтому видимая яркость линзируемого объекта в момент нахождения линзирующего объекта строго на луче зрения повышается. А если линзирующий объект еще и невидим (нейтронная звезда, черная дыра звездной массы, коричневый карлик или даже планета) - то повышение видимой яркости линзируемого объекта становится хорошо заметно.
Такое событие кратковременного повышения яркости объекта из-за нахождения между ним и наблюдателем другого массивного объекта называется микролинзированием.
Микролинзирование играет большую роль в наблюдательной астрономии, потому что наблюдается куда чаще, чем можно подумать.
В частности, именно частота событий микролинзирования при наблюдении удаленных объектов (дальних звезд или галактик) позволяет наложить наблюдательное ограничение на вклад "скрытой массы" (невидимых черных дыр, нейтронных звезд, коричневых карликов или странствующих в межзвездном пространстве планет) в темную материю. Раньше (да и теперь, иногда) высказывались мнения о том, что темная материя может состоять именно из таких объектов - но в таком случае микролинзирование наблюдалось бы гораздо чаще, чем в действительности.
Благодаря микролинзированию современной астрономии, например, удается посчитать концентрацию бродячих планемо ("бесхозных" планет) в пространстве между звездами.
Иногда микролинзирование позволяет обнаруживать объекты (и узнавать их характеристики), которые принципиально невозможно наблюдать иными современными средствами.

И не думайте, что слово "микролинзирование" происходит от греческого "μικρό" - маленький.
А на самом деле, все несколько сложнее.

Гравитационное линзирование характеризуется одним важным параметром - углом отклонения светового луча в гравитационном поле линзирующего объекта, расположенного между источником света и наблюдателем. А этот параметр в свою очередь определяется массой линзирующего объекта.

Соответственно, если углы отклонения имеют величины порядка единиц угловых секунд (это требует массы линзирующего объекта порядка триллионов солнечных, что соответствует массе гигантской галактики, такой, как наша) - то речь идет о гравитационном линзировании (иногда именуемом макролинзированием).

Если величины углов отклонения имеют порядки тысячных долей угловых секунд, это часто называется миллилинзированием (характерная масса линзирующего объекта - миллионы солнечных масс. Такое встречается редко, это может быть небольшой центральной черной дырой какой-то некрупной галактики. Или компактной карликовой галактикой).

При углах отклонения порядка миллионных долей угловой секунды речь идет о микролинзировании. Это уже происходит при массе линзирующего тела, сравнимой с обычной звездной массой, а то и массой гигантской планеты.

Если углы отклонения составляют миллиардные доли угловой секунды, это - нанолинзирование. Характерная масса линзирующего объекта сравнима с небольшой планетой (Земля, Марс).

Случай отклонения на углы порядка триллионных долей угловой секунды (такое наблюдается косвенными методами по искажениям деталей изображения, например, спектра) именуется пиколинзированием. Это характерно для линзирующих масс, свойственных крупным астероидам.

Если углы отклонения составляют квадриллионные доли угловой секунды, это уже фемтолинзирование. Порядок величины линзирующей массы - миллиарды тонн. Условно говоря, большой метеорит.
Ну, и так далее.

В принципе, случай линзирования чрезвычайно большими массами (крупное скопление галактик) при углах отклонения, составляющих тысячи угловых секунд, может именоваться килолинзированием.

Бывают интересные случаи гравитационного линзирования.
Классический -  галактики, образующие систему B1938+666. Ближняя из них - видная в центре гигантская эллиптическая галактика, удаленная на расстояние около четырех с половиной миллиардов световых лет. Ее гравитационное поле искривляет световые лучи, распространяющиеся от расположенной за ней галактики, удаленной от нас почти на одиннадцать миллиардов световых лет. В результате дальнюю галактику мы видим в искаженном виде - как кольцо вокруг искажающей галактики ("кольцо "Эйнштейна". Оно часто наблюдается при линзировании).
Кстати, с этой фотографией - интересная история. Тщательный анализ показывает, что линзированное изображение было подвергнуто дополнительному искажению от гравитационного поля некоего невидимого объекта, расположенного рядом с ближней галактикой. Масса объекта по галактическим масштабам мала и соответствует массам карликовых галактик (всего двести миллионов солнечных масс) - но "нормальную" карликовую галактику такого размера телескопы бы увидели. Остается один вывод - карликовая галактика невидима. В ней нет (или практически нет) звезд, и она состоит лишь из темной материи.

Ну, а бывают и еще более интересные случаи гравитационного линзирования.
Например, рассмотрим эту фотографию:
Двойное кольцо Эйнштейна. Оно образовалось потому, что тут имеет место уникальное двойное линзирование: на одном луче зрения в одну прямую выстроились сразу три галактики, на красных смещениях z=0,222, z=0,609 и z= 6,9 (удаление 2,7, 5,8 и 13 миллиардов световых лет по времени распространения). Средняя галактика SDSSJ0946+1006S1 линзирует изображение дальней галактики SDSSJ0946+1006S2, а ближняя из галактик, SDSSJ0946+1006L1, линзирует изображение обеих расположенных за ней галактик. Поэтому мы видим на фотографии центральное изображение ближней галактики, охватывающую это изображение внутреннюю дугу (почти полную окружность) - изображение средней галактики, и внешнюю дугу - изображение дальней галактики.

Ну, а самая далекая из пока известных гравитационных линз выглядит так:
Галактика J1000+0221, удаленная почти на девять с половиной миллиардов световых лет по времени распространения, линзирует, попутно увеличивая изображение в двадцать два раза, маленькую юную галактику, удаленную более, чем на 13 миллиардов лет.
В линзируемой галактике в момент наблюдения происходит сверхактивное звездообразование (масса линзируемой галактики - не более ста миллионов солнечных, возраст ее звезд - менее сорока миллионов лет).
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #176 : 20 Авг, 2021, 13:44:06 »

И кое-что интересное

Это - недавняя фотография сверхмассивной черной дыры в центре галактики NGC 5128 (Центавр A).

Точнее, сказать, фотографии (длина волны, на которой проводилось наблюдение, указана на самой фотографии) ее джета (в центре - центральная часть джета, его основание у самой черной дыры).
Справа - фотография основания джета галактики Дева А (вспомним http://forum.kamsha.ru/index.php?topic=1702.msg91649#msg91649).
Видим большое сходство - хотя различия в расходе материала в джете весьма значительны. Мы видим, что, фактически, джет представляет собой полую "трубку", в средней части которой материала мало (зато, замечу, его энергия весьма высока), а почти весь материал джета собран в "стенку" трубки, постепенно расширяющейся с небольшим углом раскрытия по мере удаления от источника.
Напомню, у Девы А величина расхода материала в джете - порядка одной массы Солнца в год.
Еще замечу, что если смотреть на джет в меньшем масштабе, можно увидеть, что материал в стенке трубки закручивается, двигаясь по спирали ("штопором") - это результат того, что джет формируется мощным магнитным полем черной дыры, выбрасывающим вдоль ее магнитных полюсов опускающийся к черной дыре материал аккреционного диска.

Кстати, оцените температуру материала в основании джета. И разрешение при фотографировании: mas - это одна тысячная доля угловой секунды, milliarcsecond, а μas - соответственно - одна миллионная доля угловой секунды, microarcsecond.
 
« Последнее редактирование: 20 Авг, 2021, 14:45:37 от фок Гюнце »
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #177 : 22 Авг, 2021, 07:33:42 »

Кое-что о Луне

На этой картинке - иллюстрация практически общепринятой модели образования Луны.

Кстати, от столкновения до формирования Луны в круглом виде прошло лет сто. Всего лишь.
А располагалась она в тот момент почти в двадцать раз ближе к Земле, чем сейчас. После образования океанов приливы на Земле были высотой в сотни метров.

Черное тело, врезающееся в землю - гипотетическая протопланета Тейя размером, близким к диаметру Марса. Она, скорее всего, находилась в равновесии в точке Лагранжа (точка, расположенная на орбите Земли, в которой силы, действующие со стороны Земли и Солнца, уравновешиваются, так что, теоретически, тело, движущееся вокруг Солнца в этой точке, имеет устойчивую орбиту и может обращаться по ней неограниченно долго. На самом же деле это равновесие не слишком устойчиво, так что воздействие со стороны другого небесного тела рано или могло вывести Тейю из этой точки, после чего она начала медленно сближаться с Землей. Скорее всего, изначально Тейя формировалась в шестидесяти градусах от Земли, хотя могла образоваться и в диаметрально удаленной точке орбиты, правда, орбита в этой точке куда менее устойчива).
В конце концов, ее вытащили оттуда каким-то возмущением, и под действием притяжения она должна была неторопливо гнаться за Землей таким волнообразным движением.
Было это четыре с половиной миллиарда лет назад.
"Проехавшись" вскользь по Земле, Тейя разрушилась, а из выброшенного вещества образовалась Луна. Удар наклонил ось вращения Земли и раскрутил нашу планету до скорости, примерно в пять раз большей, чем сейчас.
Из-за приливных взаимодействий вращение Луны вокруг Земли (как и вращение их вокруг собственных осей) начало тормозиться, в результате чего Луна начала постепенно удаляться (и продолжает удаляться сейчас), ее вращение вокруг своей оси постепенно затормозилось до тех пор, пока она не осталась повернутой к Земле одной стороной, а сутки на Земле за четыре с половиной миллиарда лет выросли с пяти до 24 часов.
От момента образования Луны до начала поздней тяжелой бомбардировки, принесшей на Землю воду, прошло почти полмиллиарда лет, до появления жизни - более шестисот миллионов.

В пользу этой теории говорит, в частности, сходство изотопного состава элементов (в частности, находящегося в составе пород кислорода) Земли и Луны при том, что, к примеру, соотношение изотопов кислорода в породах Марса или астероидов разительно отличается от земного. При этом химический состав Земли и Луны заметно различен - на Луне куда меньше тяжелых элементов (в частности, в три раза меньше железа), как и должно быть в случае скользящего столкновения, при котором с поверхности Земли были выброшены менее тяжелые породы, находящиеся вследствие гравитационной дифференциации (при которой более тяжелые породы "тонут", а менее плотные "всплывают") в верхних слоях планеты и сформировавшие Луну.
При этом самые легкие элементы из состава импактного диска частично улетучились, не конденсируясь, так что летучими веществами Луна тоже оказалась обделена.

Как ни странно, первый аргумент в пользу теории впоследствии ухитрились обратить против нее. Моделирование столкновения показало, что практически в любом его сценарии в состав Луны должны были войти породы, выброшенные не только с Земли, но и с Тейи. В предположении, что Тейя по изотопному составу должны была быть сходной с Марсом и астероидами, модели показали, что Луна никак не могла приобрести существующего сходства с Землей по этому показателю. Этот аргумент против теории гигантского столкновения приобрел некоторую известность в кругах специалистов и оказался на удивление широко растиражирован популяризаторами и средствами массовой информации ("теория гигантского столкновения опровергнута", "ученые доказали - Луна возникла вместе с Землей" и тому подобные заголовки начали появляться на удивление часто).

Если встретите такие заголовки или рассуждения - не верьте.
Марс, как ни тривиально это звучит, сформировался на нынешней орбите Марса (!) из вещества, которое на этой орбите имело определенный изотопный состав. Место его формирования находилось от Солнца в полтора раза дальше, чем место формирования Земли, так что ожидать, что химический и изотопный состав Марса оказался бы сходным с земным, не приходится. Астероиды формировались еще дальше, причем изначальный химический состав протопланетного облака в этой зоне был нарушен еще в процессе формирования пояса астероидов гравитационным влиянием формировавшихся планет-гигантов, "высосавших" легкие элементы.
А вот Тейя формировалась на той же орбите, что и Земля, в той же зоне протопланетного облака и из того же материала, поэтому ожидать, что ее химический и изотопный состав должен был сильно отличаться от земного, не приходится - в сущности, Тейя формировалась как двойник Земли, но ей не повезло: она случайным образом выросла заметно, почти на порядок, меньшей. Поэтому если даже Луна сформировалась из, преимущественно, поверхностных пород не только Земли, но и Тейи, существенному отличию изотопного состава нашей планеты и ее спутника попросту неоткуда взяться - он всего лишь отражает состав вещества протопланетного облака в одной астрономической единице от Солнца во времена формирования Земли.

Если у Вас возник вопрос, возможно ли вообще формирование двух планет на одной орбите, или это сугубо умозрительная идея, то я отвечу просто.
Несколько лет назад при исследовании звезды KOI-730 обнаружилось, что две из четырех планет ее планетной системы обращаются вокруг звезды по одной орбите с периодом обращения 9,8 суток. Вдоль общей орбиты эти планеты постоянно разделяют 60 градусов дистанции, то есть, они друг относительно друга находятся в точках Лагранжа. И, согласно расчетам, это положение будет равновесным в течение нескольких миллионов лет.
Так что наблюдения показывают, что такая конфигурация расположения планет вполне возможна.
Вспомним, кстати, что на троянских орбитах в Солнчной системе, в основном, естественно, у Юпитера, обращаются тысячи тел.

За прошедшие миллиарды лет за счет приливного трения Луна затормозилась до спин-орбитального резонанса 1:1 (период вращения вокруг оси стал равен периоду обращения) и удалилась от Земли (удаляется она и сейчас - почти на четыре сантиметра в год).

Ну, и немного о том, как в настоящее время обращается Луна вокруг Земли.
Мы помним, что Земля обращается вокруг Солнца в плоскости, называемой плоскостью эклиптики (или просто эклиптикой). При этом ось вращения Земли наклонена к эклиптике под углом 23°26′, что и обеспечивает нам смену времен года.
Говоря несколько точнее, средний угол между экватором Земли и эклиптикой может быть рассчитан по формуле 23°26′21,448″ - 46,8150″ t - 0,00059″ t² + 0,001813″ t³, где t - время, прошедшее с 1 января 2000 года в веках.

В отличие от нормальных спутников Солнечной системы, Луна в результате своего нестандартного происхождения вращается вокруг Земли не в плоскости экватора своей планеты, а в плоскости, близкой к плоскости эклиптики и наклоненной к ней (именно этот наклон приводит к тому, что солнечные затмения происходят не при каждом новолунии, а лунные - не при каждом полнолунии). При этом плоскость, в которой лежит орбита Луны, слегка покачивается относительно эклиптики под воздействием разных факторов, о которых речь пойдет ниже. Это покачивание выражается в том, что угол между плоскостью вращения Луны и эклиптикой изменяется от примерно 4°59′ до 5°19′. При этом плоскость орбиты Луны не только покачивается, но еще и вращается сама по себе (прецессирует, как вращается ось вращения юлы), так что узлы лунной орбиты (точки, в которой лунная орбита пересекается с эклиптикой, имеющие звучные названия катабибазон (нисходящий узел, пересекая который Луна спускается к югу) и анабибазон (восходящий узел, который Луна проходит, поднимаясь на север)) медленно поворачиваются на запад, совершая полный поворот примерно за восемнадцать лет и семь месяцев.
Разумеется, Луна вращается вокруг Земли по эллипсу, и период ее обращения на сегодняшний день в среднем составляет 27,32166 суток (обратите внимание - это т.н. сидерический период, то есть, абсолютное время обращения "относительно неподвижных звезд". Но так как Земля сама вращается вокруг Солнца в ту же сторону, что и Луна, Луне приходится еще и "догонять" Землю, так что для того, чтобы прийти в ту же точку орбиты относительно наблюдателя с Земли, ей нужно дополнительное время. В результате видимый с Земли промежуток между двумя одинаковыми положениями Луны (например, между двумя одинаковыми фазами) оказывается большим сидерического месяца и составляет в среднем 29 суток 12 часов 44 минуты 2,82 секунды (синодический месяц)).
При этом сам эллипс, по которому движется Луна, немного пульсирует. Дело в том, что Луна, как я рассказывал - спутник необычный, может быть, и не спутник вовсе, ибо сила притяжения Луны Солнцем более, чем в два раза превосходит притяжение Луны Землей. А сама Земля вращается вокруг Солнца по несколько эксцентричной орбите, так что баланс сил тяготения, действующих на Луну, в течение года заметно изменяется. На все это накладывается тот факт, что сама Земля не является идеальным шаром, так что сила, с которой она притягивает Луну, зависит от того, какое положение относительно нее занимает в данный момент Луна. В результате всех эти факторов не только плоскость орбиты Луны качается (см. выше), но и форма ее орбиты изменяется - апогей Луны может колебаться от 404,18 до 406,74 тысяч километров, а перигей - от 356,41 до 369,96 тысяч километров.
Но это еще не все: сами перигей и апогей Луны постоянно смещаются - линия апсид (прямая, соединяющая самую удаленную и самую близкую к центру точки орбиты, то есть, в нашем случае, апогей и перигей) вращается с запада на восток, совершая полный оборот почти за восемь лет и десять месяцев.
На все это безобразие накладывается торможение Луны за счет приливов, из-за которого среднее расстояние от Луны до Земли увеличивается примерно на четыре сантиметра за год.
В результате всего перечисленного даже без учета случайных гравитационных воздействий со стороны прочих тел Солнечной системы положение Луны относительно Земли еще сто лет назад рассчитывалось с помощью уравнения, содержавшего около полутора тысяч членов.

NB И по поводу рассказанного - анекдот.
Муж врывается к жене и с порога кричит:
- Несчастная, мне известно все!
Жена отрывает взгляд от кроссворда и спокойно спрашивает:
- Действительно, все? Тогда подскажи мне, как называется нисходящий узел лунной орбиты, одиннадцать букв, вторая и четвертая - "а".

И не анекдот:
Напомню еще раз: в настоящее время сила притяжения Луны со стороны Солнца примерно в два раза больше, чем земное.
Формально говоря, Луна обращается не вокруг Земли, а вокруг Солнца.
И все, что было сказано о ее положении относительно Земли в разные моменты времени, относилось к геоцентрической системе отсчета (система отсчета центра масс Земли).
« Последнее редактирование: 22 Авг, 2021, 10:33:07 от фок Гюнце »
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #178 : 22 Авг, 2021, 07:48:55 »

И еще кое-что о гигантских столкновениях

Есть в истории изучения Земли один старый и неприятный вопрос о причинах высокого содержания сидерофильных элементов с высоким атомным весом (золото, осмий, платина, иридий и прочие рутении, родии и палладии) в верхних слоях земной мантии. Проблема в том, что просто так по расчетам в должном количестве они появиться не могли - гравитационная  дифференциация при образовании Земли и расплавлении ее центральных областей должна была надежно упрятать их поглубже.
Постепенно обнаружился интересный вариант ответа.

Собственно, в чем суть вопроса.
В нормальной схеме формирования Земли еще на ранних этапах ее эволюции, в первые же миллионы лет после того, как исходный протопланетоид набрал 70-80 процентов окончательной массы, согласно всем теоретическим моделям уже должна была полных ходом идти дифференциация элементов по массе - более тяжелые опускались в ядро, а сверху, в будущей расплавленной мантии, должны были оставаться более легкие атомы.
И тем не менее, наличие и концентрация перечисленных выше элементов в вулканическом материале явно демонстрируют, что не все они опустились к центру Земли. Если, конечно, не предполагать, что в течение последних миллиардов лет верхняя мантия очень уж активно обогащается веществом ядра Земли, что, мягко говоря, трудно себе представить.
Создается впечатление, что еще на заре существования, в первые сотни миллионов лет, внешние слои Земли каким-то образом оказалась обогащенной всей упомянутой ювелиркой.

И вот тут родилась интересная гипотеза... Не вдаваясь в подробности, изложу ее кратко.
Итак, проходит несколько десятков миллионов лет после того, как протопланетоид Тейя размером с Марс скользящим ударом прошелся по поверхности Земли и выбросил в космос вещество ее внешних слоев, смешав со своим и образовав вокруг Земли эффектное кольцо.
Кольцо давно консолидировалось, что-то выпало назад на поверхность Земли, что-то разлетелось по пространству, а основная часть образовала огромный (по меркам планет нашего масштаба) спутник, который, если бы не Земля, своей массой заслуживал бы статуса самостоятельной планеты.
И вот тут произошло интересное... По Земле ударил еще один протопланетоид. Правда, и времена были уже не те, и размер у него был поменьше, чем у Тейи - не более трех тысяч километров - так что вторым спутником обзавестись нам не удалось, максимум, первый немного вырос от захвата выброшенного при ударе вещества. Зато протопланетоид, который, разумеется, бил не в лоб, а почти вскользь, развалился еще до удара.
Моделирование показало, что он в основном должен был рассыпаться в полости Роша (если я не рассказывал, что это такое, то обязательно расскажу), ударив по Земле преимущественно мощнейшим дождем из частиц размером от нескольких миллиметров до нескольких сотен метров, вспорол литосферу и верхнюю мантию, перемешался с верхними слоями планеты и сгинул, обогатив их своим веществом, в том числе, и своими сидерофильными элементами. А учитывая, что средние слои Земли успели остыть от первоначального нагрева ударами при их формировании, утонуть в ядро значительная часть вещества протопланетоида уже не успела.

Кстати, получил этот гипотетический протопланетоид замечательное название. Монета. Именно так - Moneta (ну, да, если вспомнить римскую религию - Юнона Монета, подательница благих советов. Ага).

И осталось бы это все красивой гипотезой, прекрасно согласующейся с наблюдениями, но в дело вмешались биологи. Или пребиохимики?
У них своя боль. Одна из авторитетных моделей формирования жизни утверждает, что первыми молекулами, начавшими репликацию, а стало быть, запустившими еще пребиотический естественный отбор и вступившими в эволюционный процесс, были молекулы РНК (кстати, замечу, есть милая версия, что ДНК появилась гораздо позже, уже на стадии клеточной жизни. Причем, обзавелись ДНК вирусы, таким путем обманывавшие механизмы противовирусной защиты ранних прокариот, ориентированные на отлов и истребление чужой РНК, а ДНК не замечавшие. Еще одна очаровательная версия гласит, что еще позже какие-то оголтелые вирусы обнаружили, что гораздо выгоднее не просто залезть внутрь прокариотической клетки, использовать ее для размножения и разбежаться, а поселиться в клетке на постоянной основе. В результате этого процесса появились мы с Вами. В смысле, эукариоты: и ядра наших клеток формируются из бывших вирусов. Митохондрии - от бывших паразитических бактерий, а остальная часть клетки - эта бывший архей (есть такое царство прокариотов, независимое от царства бактерий), допустивший существование в себе перечисленного зоопарка). Биологи, конечно, могут рассказать об этом и оценить эти версии куда лучше меня).

Но слабым местом всей этой идеи является тот факт, что для свободного синтеза длинных полинуклеотидных цепочек РНК требуются азотсодержащие соединения - а с ними в первичной теплой атмосфере Земли, содержавшей углекислый газ, азот и воду, была проблема. Взяться неоткуда и удержаться трудно. Вот если бы атмосферы не было... а как же ей не быть, если первичная атмосфера должна была появляться чуть ли не в момент формирования Земли?

И вот тут встретились интересы исследователей физической эволюции Земли и пребиотической эволюции жизни на ней.
Монета, разумеется, должна была снести раннюю земную атмосферу, сохранив горячую (и обогащенную веществом Монеты) земную мантию. В течение какого-то периода с этого момента пребиотические молекулы, те самые азотсодержащие соединения, являющиеся исходным материалом будущей РНК, беспрепятственно могли выпадать на оставшуюся без атмосферы Землю из космоса (а их там было достаточно много). Более того, они даже могли начинать полимеризацию и синтез прямо на поверхностях минералов, обогащая их разнообразными вариантами рибонуклеиновых кислот - которым оставалось терпеливо дожидаться следующего чуда - прибытия на Землю воды в ходе поздней тяжелой бомбардировки - для запуска уже биологической эволюции.

Ну, и конкретнее. Результаты проработки теории дают следующую хронологию:
- образование Луны - 4,53 миллиарда лет назад (примерно);
- столкновение с Монетой - 4,48 миллиарда лет назад (тоже примерно);
- максимум пребиотического формирования ранних РНК - 4,36 (±0.1) миллиарда лет назад.
А тут как раз вскоре и LHB, поздняя тяжелая бомбардировка, началась. Возможно, даже, к этому времени она уже происходила.
« Последнее редактирование: 22 Авг, 2021, 08:34:30 от фок Гюнце »
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"

фок Гюнце

  • Энциклопедист
  • Герцог
  • *****
  • Карма: 4949
  • Оффлайн Оффлайн
  • Пол: Мужской
  • Сообщений: 29844
  • El sueño de la razón produce monstruos
    • Просмотр профиля
    • Мысли вслух
Re: Космос - II
« Ответ #179 : 22 Авг, 2021, 08:00:47 »

Сразу говорю: нижеследующий пост основан на фактах - но когда я его опубликовал в своих блогах, это привело к разрыву отношений с некоторыми моими подписчиками. Поэтому подумайте, прежде чем его читать.

Чуть больше четверти века назад проблема борьбы с парниковыми газами официально приобрела всемирный масштаб, докатившись до уровня конвенций ООН.
И лишь через четверть века после этого, наконец, народ озаботился приисканием хоть каких-нибудь научных оснований для борьбы, сиречь, изучением радиационного баланса Земли.

Дело в том, что основные источники нагрева поверхности Земли известны - это солнечное излучение и внутренний нагрев (поток тепла, исходящий из недр планеты). Внутренний нагрев изучен более или менее хорошо, тепловой поток от него оценен с относительно неплохой точностью. Солнечное излучение изучено прекрасно, и тепловой поток, достигающий атмосферы, хорошо известен - только вот доля этого потока, расходуемая на нагрев поверхности, известна хуже. Дело в том, что она определяется отражательной способностью атмосферы (как интегральной, так и спектральной, то есть, отражательной способностью при различных длинах волн солнечного излучения) - а вот с измерением этого параметра и его вариаций дело обстоит сложнее. В частности, закономерности, управляющие облачностью на Земле, сложны и зависят от многих, в том числе, космических факторов (вспомним, что стоит повыситься магнитному полю Солнца - и сразу снижается поток космических лучей, достигающих Земли. А они, вернее, результаты их торможения в атмосфере, являются одним из важных факторов конденсации облаков. Не зря с ростом напряженности магнитного поля Солнца снижается поток космических лучей (оно отклоняет их от внутренних областей Солнечной системы) и облачность - и растет нагрев Земли, что объясняет известную корреляцию среднегодовой температуры и солнечной активности. Вспомним, кстати, что нынешнее потепление четко совпало по времени с резким ростом активности Солнца последних десятилетий).
Словом, с приходом тепла на поверхность Земли полной ясности нет, и хотя оценки есть, точность не слишком высока, и хорошей модели нагрева остается ждать лишь в будущем.

А вот источник охлаждения Земли, в сущности, один - излучение тепла в космическое пространство. И вот с ним ясности практически никакой. Ясно, что оно меньше, чем могло бы быть, из-за парникового эффекта - излучаемое поверхностью Земли тепло частично задерживается некоторыми веществами в атмосфере и переизлучается назад, дополнительно нагревая Землю. Одним из парниковых веществ является углекислый газ - и вся концепция борьбы с глобальным потеплением за счет снижения парниковых выбросов покоится на двух китах: первый - что рост содержания углекислого газа в атмосфере обязан своим происхождением деятельности людей, а второй - что отмеченный рост среднегодовых температур связан с парниковыми газами.

Что касается первого кита - он плавает в вакууме. И круглый. Сиречь, никаких научных доказательств этого тезиса не приведено. В качестве доказательства обычно приводится нехитрая формула "А что же еще?", причем, попытки объяснить, что же именно еще, сразу встречаются обвинениями объясняющего в том, что он - враг человечества и прогресса и агент транснациональных корпораций. Серьезного анализа источников углекислоты в атмосфере (с расчетами и экспериментальными подтверждениями) или, хотя бы, ответа на вопрос, кто же выбрасывал парниковые газы в течение большей части фанерозоя, когда концентрация углекислого газа была выше нынешней, найти почти невозможно, а то, что есть, климатологам неинтересно.

А вот со вторым китом еще интереснее. Спектральные характеристики излучаемого инфракрасного излучения, охлаждающего Землю, в сущности, неизвестны - а стало быть, неизвестно, какую вообще долю отдаваемого поверхностью тепла перехватывают и не выпускают парниковые газы, какими длинами волн планета преимущественно охлаждается, какие именно вещества вносят наибольший вклад в парниковый эффект, какова его доля в общем радиационном балансе и как существующая их концентрация влияет на радиационный баланс Земли (соотношение нагрева и радиационного охлаждения).

К чему я это рассказываю. Только во второй половине 2019 года ESO наконец было одобрено концептуальное решение миссии Far-Infrared Outgoing Radiation Understanding and Monitoring (FORUM), предназначенной для мониторинга испускаемого Землей излучения в инфракрасном диапазоне, его спектрального анализа и изучения характера, механизма формирования и вклада различных факторов в радиационное охлаждение планеты.

Ясно? Борьбой с выбросом парниковых газов человечество занималось более четверти века - и только после этого было решено проверить существование оснований для нее, сиречь, проверкой, а насколько они, эти парниковые газы, влияют на охлаждение Земли и как именно они влияют.

Запуск миссии планируется (пока) на 2026 год. Пройдет почти треть века борьбы за урожай, прежде чем начнут сеять кукурузу - сиречь, пройдет почти треть века борьбы с парниковыми выбросами, прежде чем начнут получать первые результаты наблюдений, которые помогут выяснить ее смысл, цель и возможную эффективность.

В связи с этим, помнится мне, как я однажды на одном ресурсе опубликовал, в принципе, серьезный пост, после которого кучка страдальцев закатила мне истерику и даже попыталась организовать обструкцию. А всего-то я поиграл в вопросы и ответы. Вопросы задавал я - а отвечала на них наука. Кроме последнего ответа - там наукой не пахло.

Вопрос 1. На сколько изменится среднегодовая температура поверхности землеподобной планеты со средней инсоляцией 1,4 киловатт на квадратный метр, средней температурой поверхности 287 градусов, мощной азотно-кислородной атмосферой массой 5*1018 кг, сложной развитой многофазной рельефной поверхностью, большая часть которой состоит из воды, соответственно активной атмосферной и гидросферной циркуляцией, с активным сложным вулканизмом и весьма активными сложными биологическими процессами переработки углеродных соединений, если содержание примеси в виде диоксида углерода в атмосфере вырастет на 0,01% от массы самой атмосферы (от 0,02 до 0,03%)? А от 0,03% до 0,04%? И, заодно, каким будет хотя бы, широтное распределение температур?
Ответ. Вы хорошо подумали прежде, чем спросить? Влияние эффекта намного, минимум, на порядок уступает доступной точности расчетов атмосферных моделей. А для многих факторов и моделей нет. Проще говоря, не знаем.

Вопрос 2. Насколько изменится содержание диоксида углерода в атмосфере этой планеты при повышении темпа его поступления из внешних источников на некую заданную величину, не превышающую 0,0002% массы атмосферы в год? А при 0,0003% в год?
Ответ. Точность и объем информации, необходимой для оценки влияния эффектов вывода диоксида углерода за счет геологических и иных естеcтвенных процессов и, в первую очередь, за счет роста его потребления биотой, а также существующих методов этой оценки, существенно уступают тем, которые требуются для ответа. Проще говоря, не знаем.

Вопрос 3. Является ли современный уровень содержания диоксида углерода экстремальным в истории планеты?
Ответ. В принципе, да. Из последних 550 миллионов лет лишь в течение 20-40 миллионов лет уровень содержания диоксида углерода был меньшим, чем в настоящее время. В остальное время он был более высоким. При этом средняя температура планеты не была существенно более высокой, чем сейчас.

Вопрос 4. Является ли современная температуры Земли экстремальной в долгосрочной ретроспективе? А в относительно краткосрочной?
Ответ. Отнюдь нет.

Вопрос 5. Является ли снижение выбросов диоксида углерода до нулевого уровня необходимым?
Ответ. Разумеется! Ведь выбросы углекислого газа человечеством, наверное, приводят к повышению его содержания! И даже не наверное, а наверняка!! Почти на 0,01% от массы атмосферы!!! Нет, может, на 0,02%!!!! А может, даже на 0,03!!!!! А если будут много выбрасывать - так вообще на много!!!!!! Это вызовет огромный рост среднегодовой температуры! На два!! Нет, на три!!! Нет, на шесть (!!!!!!) градусов!!!!!!! Нет-нет, на много-много разных градусов!!!!!!! Мы точно знаем!!!!!!!!! На Земле никогда не было столько углекислого газа!!! И никогда не было так жарко!!!!!! Давайте срочно прекратим выбрасывать углекислый газ, пока все не сгорели! И не утонули от засухи!! И не умерли от жажды из-за глобального потопа!!! К 2100 году!!!! Нет, к 2050 году!!!!!! Нет, нет!!!!!!!!! К 2030 году!!!!!!!!!!!!!!!!!!

Ну, а если совсем серьезно - научному сообществу постепенно начинает надоедать болтовня.
Вот тут https://arxiv.org/abs/1910.00583 каждый желающий может ознакомиться с аннотацией, подписаться (если еще не) и потом прочитать восемьдесят четыре страницы краткого вводного обзора в физические основы процессов, влияющих на динамику климата.
Не вдаваясь в обсуждение выводов и напоминания о том, что обзор, как и положено, не является исчерпывающим, просто замечу (собственно, замечу не я - это отмечают авторы обзора), что это - тот минимальный перечень знаний, без представления о которых бегать на представительные международные форумы и в СМИ с высказыванием авторитетных мнений для нормального человека неприлично.
« Последнее редактирование: 22 Авг, 2021, 08:06:42 от фок Гюнце »
Записан
Barbara, Celarent, Darii, Ferio
"Αν ένας γάιδαρος σε κλωτσήσει, δεν έχει νόημα να τον κλωτσήσεις και εσύ" (Σωκράτης)
(אַז מען עסט שוין חזיר, זאָל רינען איבער דער באָרד" (‏שלום עליכם"