В.Е. Кульбеда,
независимый исследователь, Москва.
Темная материя была введена в обиход астрофизики для объяснения гравитационной устойчивости и скоростей вращения галактик. Именно, наблюдаемые скорости вращения звезд вокруг центров галактик оказались настолько большими, что эти звезды не должны были бы удерживаться в составе галактик гравитационными силами, которые генерируются наблюдаемыми массами галактик, и должны были бы покинуть эти галактики. Было предположено, что галактики, помимо масс наблюдаемых объектов, содержат некую скрытую массу (темную материю), которая и обеспечивает их устойчивость (Ф. Цвикки, 1933г.) . Дальнейшие исследования показали, что темная материя составляет около 22% в общем балансе Вселенной, в то время как видимая (барионная) материя вносит вклад около 0,4%. Еще 3,6% вносит межгалактический газ. Доминирующую роль играет физический вакуум, вклад которого составляет примерно 76%.
Темная материя никак не проявляет себя во всех известных взаимодействиях, кроме гравитационного. Это создает широкие возможности для различных предположений о ее природе. Единственное ограничение - темная материя должна быть нерелятивистской. Ниже будет рассмотрено предположение о природе темной материи как о возбужденных состояниях физического вакуума.
Высокая сферическая симметрия действий гравитационных сил, порождаемых скрытой массой галактик, наводит на мысль, что скрытая масса в гало галактик как-то связана с процессами, происходящими в их центрах.
Основная наша гипотеза - электромагнитное излучение галактик ( звезд) возбуждает физический вакуум в том смысле, что безмассовые элементы объема dV физического вакуума приобретают под воздействием излучения некоторую массу dm
dm=k_d*I(r)*dV. (1)
Здесь I(r) - интенсивность электромагнитного излучения, пронизывающего этот элемент dV, k_d - коэффициент пропорциональности, который, возможно, зависит от спектра излучения, r - расстояние от центра галактики до элемента dV.
Пусть галактика (звезда) имеет светимость L. Предположим далее сферическую симметрию поля излучения. Тогда интенсивность излучения в месте расположения элемента dV может быть представлена в виде
I(r)=(L/(2πr_0^2 ))(1-√(1-(r_0^2)/r^2 )) , r≥r_0 (2)
где r_0 - радиус ядра галактики (звезды).
Из выражения (2) при r≫r_0 получим хорошо известное выражение для интенсивности излучения точечного источника
I(r)=L/(4πr^2 ) (3)
Комбинируя выражения (1) и (2), получим плотность распределения темной материи в гало галактик
ρ_d=((k_d* L)/(2πr_0^2 ))(1-√(1-(r_0^2)/r^2 )) (4)
Соответственно, полная масса темной материи M(r), содержащаяся в гало внутри сферы с радиусом r, равна
〖M_d (r)=4π∫_((r_0)^r)[ρ_d* r^2 * dr]=(2/3)* k_d* L*r(r^2/(r_0^2 ))(1-(r_0^3)/r^3 -√((1-(r_0^2)/r^2 )^3 )) (5)
Заметим, что распределение (4) темной материи при r>>r0 в гало близко к профилю распределения темной материи в модели псевдо- изотермического гало галактик, часто используемого при численных расчетах [1],
ρ_d=ρ_0/(1+r^2/(r_0^2 )) (6)
отличаясь, возможно, только выбором нормировочных параметров.
Некоторым недостатком обеих моделей является тот факт, что они приводят при r→∞ к значениям M_d→∞. В нашей модели этого можно, по-видимому, избежать, если ввести ослабление излучения в процессе распространения [2].
Скорость объектов - спутников галактик определим из равновесия центробежных сил (сил инерции) и центростремительных сил (гравитационных сил), действующих на объект
(m*v^2)/r=G *(m *M(r))/r^2 , (7)
Здесь M(r) - гравирующая масса, содержащаяся внутри сферы радиусом r, G - гравитационная постоянная, v - скорость вращения объекта. m- масса объекта.
Представим
M(r)=M_0+M_d (r), r≥r_0 (8)
где M_0 - масса собственно ядра галактики, M_d - скрытая масса (темная материя), содержащаяся в гало галактики внутри сферы радиусом r.
Из выражений (5), (7) и (8) получим
v^2=G M_0/r+k_d GLf(r/r_0 )=v_0^2 r_0/r+v_d^2 f(r/r_0 ). . (9)
Здесь v_0^2=G* M_0/r_0 , а
f(r/r_0 )=2/3 (r^2/(r_0^2 ))(1-(r_0^3)/r^3 -√((1-(r_0^2)/r^2 )^3 )) (10) ,
Легко показать, что при r=r_0 f(r/r_0 )=0 , а при r→∞ f(r/r_0)→1.
Выражение (9), в принципе, обеспечивает существование плато в зависимости скорости вращения спутников вокруг центра галактики от расстояния r: при больших значениях r
скорость вращения определяется вторым членом справа в выражении (9)
v_d^2 (r)≅k_d* G*L (11)
и практически не зависит от r.
Это плато наблюдается экспериментально на расстояниях r≅(5÷10)r_0 [3, 4].
Выражение (11) уже можно использовать для оценки коэффициента k_d :
k_d≈(v_d^2)/GL (12)
Согласно [3], для Млечного Пути имеем L≅3,1*10^43 эрг сек^(-1) и v_d≅220 км сек^(-1), а для галактики Туманность Андромеды L≅7,8*10^43 эрг сек^(-1) и v_d≅320 км сек^(-1). Соответствующие значения коэффициентов k_d равны 2,3*10^(-22) (г сек)/(см эрг) и 1,9*10^(-22) г сек/(см эрг) .
С учетом неопределенностей и ошибок в исходных данных примем для дальнейших оценок значение k_d≈2*〖10〗^(-22) (г сек)/(см эрг).
Оценим скрытую массу в системе нашего Солнца в пределах шара, радиус которого равен расстоянию от Солнца до центра Земли: L=3,86*10^33 эрг сек^(-1) , r = 1,5*10^13 см. Из выражения (5) получим M_d≅6*10^(-9) M_0, где M_0- масса Солнца. Плотность скрытой массы в зоне расположения Земли, согласно (4), равна ρ_d≅2,7*10^(-16) г см^(-3).
Оценка плотности срытой массы в области расположения системы Солнца, обусловленная излучением Галактики, дает величину ρ_d≅6*10^(-21) г см^(-3).
Гравитационные эффекты, связанные со скрытой массой, пренебрежимо малы.
Возможно, однако, зарегистрированные на МКС позитроны являются косвенным подтверждением все же слабого возбуждения физического вакуума в окрестности Земли под действием излучения Солнца.
Предложенная гипотеза позволяет создавать алгоритмы расчета срытых масс в галактиках, содержащих множество источников излучения. При ее подтверждении на конкретных объектах, она окажет значительное влияние на космологию в целом и смежные разделы астрофизики, а вычисление коэффициента k_d окажется актуальной задачей при разработке теории физического вакуума.
Литература.
1. G. Battaglia, A. Helmi et al. The radial velocity dispersion profile of the Galactic halo... ArXiv: astro-ph/0506102.
2. В.Е.Кульбеда. Космология и красное смещение. Newtheory.ru/astronomy, 06 Aug.2018
3.Физика космоса. Мал. энциклопедия под ред. С.Б. Пикельнера. Советская энциклопедия, Москва, 1976.
4.Википедия. Скрытая масса, 2019
- Код ссылки на тему, для размещения на персональном сайте | Показать
