Эволюция галактик

Размещено на http://www.allbest.ru/

Эволюция галактик

Сухих Иван Николаевич

В статье описывается жизнь звёзд и эволюция галактик с помощью известных физических законов и фактов, без привлечения «тёмной энергии» и других «тёмных» понятий. Дано объяснение отсутствия контакта с другими цивилизациями.

Галактики - системы из ядра и связанных с ним звёзд. Существование галактик состоит из испускания звёзд и поглощения звёзд. Ядро состоит из нейтронов, аналогично нейтронной звезде, но значительно больших размеров - при массе 10¹² масс Солнца (10⁴² кг) и плотности нейтронного вещества 10¹⁷ кг/м³ радиус ядра составляет около 140 000 км (у нейтронной звезды - около 20 км). Ядро вращается вокруг своей оси. С поверхности ядра периодически испускаются, переходя в состояние гамма-квантов, порции нейтронного вещества массой от 0,1 до 100 масс Солнца; чаще всего это происходит вблизи экватора ядра (в галактической плоскости), где скорость от вращения на поверхности наибольшая. Эта порция движется в виде гамма-квантов очень короткой длины волны в компактном объёме в течение времени t₁ со скоростью света с, пролетая расстояние сt₁. После этого гамма-кванты переходят в состояние элементарных частиц (протонов, нейтронов, электронов), образуя атомные структуры; при этом скорость движения данной порции материи снижается в 3²=9 раз (V=3,33*10⁷ м/с), часть фотонов излучается в пространство - происходит вспышка новой звезды. Если порция была слишком большой, то нормальный процесс рождения звезды нарушается: гамма-кванты переходят только в нейтроны, формируя нейтронную звезду, в пространство излучается очень много «лишних» фотонов - происходит вспышка сверхновой звезды. После рождения звезды на неё начинает действовать гравитация ядра, создающая ускорение а=-GM/с²t₁² (ускорение противоположно направленно скорости, G-гравитационная постоянная, М-масса ядра).

Напишем уравнение для движения звезды:

сt₁+Vt₂ - GMt₂²/ 2 с²t₁² = R (1)

где t₂- время от момента рождения звезды, R-расстояние от звезды до ядра. Рассмотрим «судьбу» звезды после её рождения на примере Солнца. В этом случае R = 10 кпк = 3*10²⁰ м, t=4 млрд. лет=1,2*10¹⁷ с (что следует из радиоизотопных измерений, применяемых в абсолютной геохронологии). Подставляя эти данные в уравнение (1), находим t₁ = 10¹² с = 32 000 лет, откуда сt₁= 3*10²⁰ м = 10 кпк. Значит, после рождения звезды на неё действует ускорение со стороны ядра а=7,3*10^-10 м/с². По мере удаления звезды от ядра ускорение ослабевает (при удалении от R₁ до R₂ эффективное среднее ускорение будет GM/R₁R₂). Если за начало движения звезды с ускорением принять её расстояние от ядра в момент рождения 10 кпк, то вычислим через какое время звезда окажется на расстоянии от ядра 15 кпк (на границе видимой части Галактики), то есть пройдёт путь s= 5 кпк= 1,5*10²⁰ м (эффективное ускорение будет а= 4,87*10^-10 м/с²). Это время вычисляется из формулы

Vt - at²/2 = s (2)

Вычисления дают 2 значения t: 4,649*10¹² с = 147 300 лет и 1,369*10¹⁷ с= 4,338*10⁹ лет (звезда будет дважды на этом расстоянии от ядра - при удалении и при возвращении к ядру). Конечно, при расчёте возвращения звезды эффективное ускорение будет на 2 порядка меньшее, но на значение квадратного корня из дискриминанта и, соответственно, большего значения неизвестного в уравнении (2) это практически не влияет.

Рассчитаем, на какое максимальное расстояние удаляется звезда от ядра:

R_max = Vt_o - at_o²/2 (3)

где t_o = t/2 - время достижения звездой максимального удаления от ядра, t - большее значение неизвестного в уравнении (2), а = 7,3*10^-12 м/с² - эффективное ускорение при удалении звезды от 10 кпк до 1 Мпк. Учитывая V - at_o = 0, получаем R_мах = at/8. Вычисления дают R_max=1,71*10²²м=554кпк. При удалении звезды до расстояния 500 кпк эффективное ускорение будет а = 14,6*10^-12 м/с², что даёт R_max= 1108 кпк. Среднее геометрическое, наиболее близкое к истине, значение R_max = 784 кпк (максимальное удаление звезды от ядра 794 кпк). Ближайшая к нам галактика Туманность Андромеды находится на расстоянии 700 кпк. Это значит, что в пределах Местной группы галактик звёзды имеют некоторую возможность переходить из поля гравитации одного ядра в поле гравитации другого ядра, то есть могут обобществляться.

После максимального удаления звезда начинает возвращаться к ядру галактики, достигает скорости света с, переходит в порцию гамма-квантов очень короткой длины волны компактного объёма (здесь ускорение исчезает) и потом сливается с ядром. Из данных абсолютной геохронологии (t = 4 млрд. лет) мы видим, что Солнце возвращается к ядру Галактики. Рассчитаем время до слияния Солнца с ядром Галактики, точнее до перехода Солнца в порцию гамма-квантов

V + at = c (4)

где V =3,33*10⁷ м/с - скорость Солнца к ядру в настоящее время (равная скорости звезды от ядра в момент рождения, но противоположно направленная, так как рождение звёзд происходит на том же расстоянии от ядра), с - скорость света, а = 1,46*10^-4 м/с² - эффективное ускорение при приближении звезды к ядру от R₁ = 10 кпк = 3*10²⁰ м до R₂ = 0,05 пк = 1,5*10¹⁵ м. Вычислим:

t = 1,83*10¹² с = 58 000 лет.

Проверим наши вычисления и рассчитаем расстояние, которое пролетит Солнце за это время при данной начальной скорости и данном ускорении: s = Vt + at²/2 = 30,54*10¹⁹ м = 10 кпк - Солнце достигнет ядра. Теперь понятно, почему так трудно найти разумную жизнь на других планетах - развитая цивилизация возникает незадолго до гибели звезды, но и то не на всех её планетах.

Если какая-то «галактика» ядра не имеет (например, Магелланово Облако - неправильная Ir-галактика), то данное образование не является галактикой, а представляет собой совокупность звёзд, находящихся на расстояниях близких к максимальному удалению от ядра. Видимое движение звёзд от ядра и к ядру по спиральным ветвям является следствием вращения ядра галактики и говорит о том, что испускание звёзд ядром происходило через относительно короткие промежутки времени на протяжении определённого периода существования ядра (период испускания звёзд ядром и период поглощения звёзд ядром). Эллиптические Е-галактики находятся в конце периода поглощения звёзд. Ядра движутся друг относительно друга, что иногда приводит к их столкновениям - происходит большой взрыв с выделением гигантского количества энергии на протяжении относительно большого периода времени, что мы видим на примере квазаров. Взрыв при столкновении двух ядер галактик приводит к нарушению нормального движения звёзд, что ведёт к расположению большого числа звёзд в относительно небольшом объёме пространства, в результате чего взаимная гравитация этих звёзд приводит к их общему слиянию - образуется новое ядро галактики.

Литература

гравитация звезда солнце

1. Советский энциклопедический словарь. М., «Советская энциклопедия». 1990.

2. Засов А.В., Постнов К.А. Общая астрофизика. - Фрязино: Век 2, 2006.

Размещено на Allbest.ru