Объяснение деформации дисков спиральных галактик
Полная версия статьи отправлена в ”Письма в астрономический журнал”
С. А. Часовников
Введение
В работе [1] исследовалась большая выборка удаленных галактик, видимых с ребра (около 1000 объектов). Примерно у половины всех дисковых галактик наблюдаются заметные деформации как в их звездном, так и в HI дисках. Величина деформации невелика и становится заметной только на периферии диска галактики. В результате перекосы остаются относительно малоизученным явлением. Результаты работы [1] указывают на потенциальную эволюцию наблюдаемой частоты сильных S-образных перекосов (с амплитудой, превышающей 4◦) в звездных дисках как функции красного смещения. При z ≈ 2 частота сильных перекосов достигает примерно 50%, в то время как при z ≈ 0 эта доля уменьшается примерно до 10-15%. Существует четкая взаимосвязь между началом изгиба и красным смещением: начало изгиба имеет тенденцию уменьшаться с увеличением красного смещения. Также авторы обнаружили, что более сильные перекосы наблюдаются при больших красных смещениях, и не обнаружили какой-либо существенной зависимости асимметрии деформации от красного смещения.
Модель
Основные результаты приведены в предыдущей статье “Объяснение феномена темной материи”. Далее рассмотрим на основе этой модели деформации дисков галактик.
Изгибы и асимметрия дисков спиральных галактик
Рассмотрим теперь случай, когда плоскость вращения спиральной галактики вокруг своей оси и вокруг центра притяжения располагается под углом, а галактика видна с ребра. Пусть галактика движется против часовой стрелки по круговой орбите, которая расположена в горизонтальной плоскости. В этом случае вектор угловой скорости направлен вверх перпендикулярно к плоскости орбиты. Диск галактики разделим на две половины по линии взгляда – левую и правую сторону. Представим вектор угловой скорости ω как сумму компоненты, перпендикулярной к плоскости диска галактики, и компоненты, лежащей в плоскости диска галактики. Тогда ускорение Кориолиса и часть центробежного ускорения в неинерциальной системе отсчета, связанной с галактикой можно записать в следующем виде:
2ω х v = 2ω(перпендикулярная) х v +2 ω(параллельная) х v (5)
ω(ωr) = ω(перпенд)(ω(парал)r) + ω(парал)(ω(парал)r) (6)
Пусть правая сторона диска галактики лежит выше плоскости орбиты галактики. Тогда первое слагаемое в формуле (5) для встречного вращения галактики дает эффект темной материи, а для попутного вращения увеличивает центробежное ускорение. Второе слагаемое в формуле (5) для встречного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска галактики вверх, а левой половины – вниз (изгиб диска обратный S – форме), а для попутного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска вниз, а левой половины – вверх (S – форма изгиба диска). Величина эффекта пропорциональна скорости вращения диска галактики и поэтому максимальна на краю диска. Первое слагаемое в формуле (6) вызывает изгиб правой половины диска галактики вниз, а левой половины – вверх, уменьшая эффект от силы Кориолиса для встречного вращения и увеличивая эффект для попутного вращения. Величина эффекта пропорциональна расстоянию от центра галактики и поэтому максимальна на краю диска. Второе слагаемое в формуле (6) вызывает сжатие диска по радиусу слева и справа, приводя к асимметрии диска. Эффект одинаков для обоих направлений вращения галактики, так как от скорости не зависит. В Википедии приведена форма деформации диска Млечного Пути, которая хорошо согласуется с приведенными выше рассуждениями для вращения Галактики против часовой стрелки по орбите, по часовой стрелке вокруг своей оси и наклоном оси вращения Галактики влево от вектора угловой скорости.
Пусть теперь правая сторона диска галактики лежит ниже плоскости орбиты галактики. Тогда первое слагаемое в формуле (5) для встречного вращения галактики дает эффект темной материи, а для попутного вращения увеличивает центробежное ускорение. Второе слагаемое в формуле (5) для встречного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска галактики вниз, а левой половины – вверх (S – форма изгиба диска), а для попутного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска вверх, а левой половины – вниз (изгиб диска обратный S – форме). Первое слагаемое в формуле (6) вызывает изгиб правой половины диска галактики вверх, а левой половины – вниз, уменьшая эффект от силы Кориолиса для встречного вращения и увеличивая эффект для попутного вращения. Второе слагаемое в формуле (6) вызывает сжатие диска по радиусу слева и справа, приводя к асимметрии диска. Эффект одинаков для обоих направлений вращения галактики, так как от скорости не зависит.
Пусть теперь галактика движется по часовой стрелке по круговой орбите, которая расположена в горизонтальной плоскости. В этом случае вектор угловой скорости направлен вниз перпендикулярно к плоскости орбиты. Пусть правая сторона диска галактики лежит выше плоскости орбиты галактики. Тогда первое слагаемое в формуле (5) для встречного вращения галактики дает эффект темной материи, а для попутного вращения увеличивает центробежное ускорение. Второе слагаемое в формуле (5) для попутного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска галактики вниз, а левой половины – вверх (S – форма изгиба диска), а для встречного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска вверх, а левой половины – вниз (изгиб диска обратный S – форме). Величина эффекта пропорциональна скорости вращения диска галактики и поэтому максимальна на краю диска. Первое слагаемое в формуле (6) вызывает изгиб правой половины диска галактики вниз, а левой половины – вверх, уменьшая эффект от силы Кориолиса для встречного вращения и увеличивая эффект для попутного вращения. Величина эффекта пропорциональна расстоянию от центра галактики и поэтому максимальна на краю диска. Второе слагаемое в формуле (6) вызывает сжатие диска по радиусу слева и справа, приводя к асимметрии диска. Эффект одинаков для обоих направлений вращения галактики, так как от скорости не зависит.
Пусть теперь правая сторона диска галактики лежит ниже плоскости орбиты галактики. Тогда первое слагаемое в формуле (5) для встречного вращения галактики дает эффект темной материи, а для попутного вращения увеличивает центробежное ускорение. Второе слагаемое в формуле (5) для встречного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска галактики вниз, а левой половины – вверх (S – форма изгиба диска), а для попутного вращения галактики вызывает изгиб правой половины диска вверх, а левой половины – вниз (изгиб диска обратный S – форме). Первое слагаемое в формуле (6) вызывает изгиб правой половины диска галактики вверх, а левой половины – вниз, уменьшая эффект от силы Кориолиса для встречного вращения и увеличивая эффект для попутного вращения. Второе слагаемое в формуле (6) вызывает сжатие диска по радиусу слева и справа, приводя к асимметрии диска. Эффект одинаков для обоих направлений вращения галактики, так как от скорости не зависит.
Величины эффектов зависят от величины круговой скорости, расстояния от центра галактики, угла наклона диска галактики, величины угловой скорости. Если угловая скорость мала, то основной вклад в эффекты дает ускорение Кориолиса. Мы совсем не рассматривали приливные силы. Однако их роль может быть значительна для случая близкого расположения галактики к центру притяжения. В этом случае форма изгиба диска галактики может принимать U-образную форму. Например, если галактика движется по орбите против часовой стрелки, вращается вокруг своей оси по часовой стрелке, левая сторона диска галактики расположена выше плоскости орбиты, то изгиб левой стороны диска галактики, ближайшей к центру притяжения и направленный вверх, под действием приливных сил может стать изгибом вниз от плоскости диска, а общая форма изгиба принять U-образную форму. Такая форма изгиба диска галактики также наблюдается [1].
Зависимость эффектов от красного смещения, при прочих равных параметрах, можно объяснить тем, что раньше галактики были в среднем ближе друг к другу, следовательно, угловая скорость была больше, поэтому величины эффектов также были больше.
Заключение
Показана фундаментальная роль сил инерции, появляющихся в неинерциальных системах отсчета, в возникновении негравитационных эффектов, таких как изгибы и асимметрия дисков спиральных галактик.
Список литературы
1. arXiv: 2504.12403v2 [astro-ph.GA] 18 Apr 2025.
Картинка взята из Википедии.