Прийнято вважати, що крива обертання зірок Чумацького Шляху під впливом темної матерії має вигляд, що відрізняється від кеплеровской кривої. Однак, гіпотеза про темну матерію не усуває протиріч самої спостерігається кривої обертання. З виміряної для Чумацького шляху кривої обертання галактика не може мати спостережуваного виду.
Якщо взяти за основу наявні дані про обертання галактики Чумацький Шлях, то прямим зіставленням цих даних можна виявити досить дивна обставина. З такої кривої обертання галактика в минулому - всього два періоди назад, близько 600 млн. Років - повинна була бути щільно «закручена» у зворотний бік. Навпаки, в недалекому майбутньому, протягом наступних декількох оборотів вона також повинна фактично повністю позбутися рукавів, які рівномірно розсіються, размажутся по її диску. З огляду на, що вік галактики передбачається порядку десятка мільярдів років, її минуле виглядає ще більш загадково - виникнення рукавів неможливо пояснити з чисто кинематическим суперечностей. Можна припустити, що виміряна крива обертання нестабільна і відображає лише нинішній стан галактики, що в не дуже далекому минулому ця крива обертання істотно відрізнялася від нинішньої.
Вперше невідповідність швидкостей руху галактик ньютоновой механіці досліджував в 1933 році Цвики, який спостерігав рух галактик в скупченні Кома. Він зауважив, що для руху галактик з виміряними швидкостями загальної маси скупчення недостатньо. За відсутньої масою, в кілька разів перевищує масу скупчення, закріпилася назва «темна матерія».
Пізніше, в 1980 році це ж явище в масштабах галактик детально дослідила астроном Віра Рубін. В галактиках так само бракувало загальної маси, щоб зірки в них рухалися з виміряними швидкостями. При обчислених масах галактик і виміряних швидкостях зірок в цих галактиках зірки не могли залишатися на спостережуваних орбітах, вони повинні були вилетіти за межі галактики. З'ясувалося, що незалежно від віддаленості зірок від центру галактики, за винятком лише ближніх до нього, їх швидкості обертання залишалися приблизно однаковими.
Ці швидкості, описувані кривими обертання, помітно відрізнялися від передбачаються законами Кеплера і загальною теорією відносності. Для усунення розбіжності спостережень і обчислень була висунута гіпотеза про наявність в галактиках (і скупчення галактик) прихованої, невидимої маси, яку і назвали «темною матерією». Ця матерія не випромінює, не відображає і не поглинає світло, тому візуально не наблюдаема. Але вона надає на видиме речовина помітне гравітаційний вплив. При всій дивацтва цієї субстанції, на користь її існування говорять багато непрямих явища.
Однак, гіпотеза про темну матерію влаштовувала не всіх. Тому робилися спроби пояснити явище відхилення кривих обертання від кеплерівських без залучення цієї гіпотези. Наприклад, була розроблена модифікована ньютонівська динаміка - МОНД. Але її рішення виявилися не універсальними - для кожної галактики була потрібна своя модифікація. Інша теорія - анізотропна геометродинаміки С.Сіпарова - змогла описати деякі спостережувані відхилення від кеплеровского руху, але і вона має прогалини. Наприклад, висловлюються зауваження, що вона не здатна описати рух галактик, що складаються тільки з темної матерії і галактик, що не містять перемички.
В результаті в науковому світі в даний час прийнято вважати, що тільки темна матерія дозволяє найбільш повно привести у відповідність теорію і спостереження. Тому головне завдання зараз - це виявлення частки, що утворює темну матерію. Зокрема, в якості таких частинок розглядаються вімпи - масивні слабо взаємодіють частинки, для реєстрації яких створені різні підземні вимірювальні лабораторії.
Однак, незалежно від причин формування таких кривих обертання, вони парадоксальні самі по собі. Наприклад, в деяких науково-популярних фільмах, в анімаціях обертаються галактики зображуються як тверде тіло. Це означає, що кутові швидкості обертання всіх вхідних в них зірок рівні. Але криві обертання - це лінійні (тангенціальні) швидкості. Наприклад, швидкості зірок галактики Чумацький шлях в середньому складають приблизно 220 км / сек, в той час, як кутова швидкість для периферійної її частини дорівнює приблизно 300 млн. Років на один оборот і 100 млн. Років на один оборот для перемички і найближчих до неї зірок. Крім цього, на динамічних, анімованих зображеннях галактик напрямок їх обертання показують як в сторону напрямки рукавів, так і в зворотному напрямку. В одному випадку рукава галактик повинні закручуватися (як би намотується на центр галактики), в іншому - розкручуватися, розпрямлятися.
Можна припустити, що зображувані картини галактик є миттєвими знімками в їх історії, які явно не вказують на їх історію та майбутнє. Виміряні швидкості зірок відповідають поточному моменту часу і мало що говорять про свої минулі або майбутніх значеннях. Тому говорити про динаміку їх руху можна лише з певним ступенем упевненості.
Виходячи з цього, слід було б вважати і навіть можна стверджувати, що з вимірюваними кривими обертання галактики (і, мабуть, їх скупчення) не можуть рухатися як тверде тіло. Дійсно, якщо швидкості зірок найближчих до центру галактики і віддалених від нього рівні, то їх кутові швидкості явно різні. Це означає, що за повний оборот навколо центру зірки на краю галактики, ближня до центру повинна зробити більше число обертів! Тобто, галактика повинна або закручувати рукава, або распрямлять їх в залежності від напрямку обертання.
У різних науково-популярних фільмах обертання спіральних галактик показується як обертання твердого тіла і в різних напрямках. Очевидно, однак, що галактика Чумацький Шлях обертається за годинниковою стрілкою не як тверде тіло, а різні швидкості руху зірок і скупчень призводить до того, що рукава з часом закручуються все більше. З цього випливає, що в минулому рукава, мабуть, були закручені менше. На анімації це добре видно.
При повороті галактики в минуле на 200 млн. Років вийшла досить дивна. Видно, що рукава при зворотному обертанні галактики певною мірою розпрямилися і вже почали закручуватися в зворотну сторону. Якщо взяти до уваги всі чотири рукави, то вони утворюють своєрідний хрест. Зауважимо, що ця картина відповідає стану рукавів галактики Чумацький Шлях всього близько одного обороту назад. На анімації для наочності процес обертання галактики представлений в циклі: спочатку галактика розкручується на 200 млн. Років тому від наших днів, потім знову закручується до існуючого стану.
Розглянувши різні моделі еволюції галактики, ми не зможемо природного питання: а як буде рухатися, еволюціонувати наша галактика в майбутньому? Відповідь на це питання можна легко отримати, просто запустивши таймер на анімації в майбутнє. Ось що при цьому вийшло: всього через 200 млн. Років рукава галактики фактично повністю перекрили один одного, і галактика вже не виглядає як спіральна.
Чи можливо таке в реальності? Невідомо, відбудеться це чи ні, але алгоритм обертання, руху рукавів галактики явно веде до такого результату. Це, очевидно, погано узгоджується з передбачуваним віком галактики - чому багато мільярдів років вона розвивалася як спіральна, а тепер, за все за якісь кілька сотень мільйонів років раптом перетвориться в просту дискову галактику?
Таким чином:
якби зірки в галактиці Чумацький Шлях рухалися згідно виміряної кривої обертання хоча б протягом усього декількох її циклів обертання, то зовнішній вигляд галактики істотно відрізнявся б від того, що ми бачимо в даний час;
гіпотеза про темну матерію вирішує, як вважається, проблему кривих обертання, які, строго кажучи, сформульовані в досить спірній формі, що викликає недовіру про сам факт існування таких кривих.
"Ці швидкості, описувані кривими обертання, помітно відрізнялися від передбачаються законами Кеплера і загальною теорією відносності." А яким боком тут ОТО? Зазвичай мова йде про теорему про віріале - і ніяких ОТО! Втім, це, звичайно ж, зачіпка.
Але ось чи потрібно ототожнювати швидкості зірок і швидкості руху рукавів - це велике питання. Ось що написано в "Вікі": "Головне властивість, довго що є каменем спотикання, - долгожівучесть спіральних рукавів. Будь ситуація зворотна, спіральні галактики не були б переважаючим типом серед всіх галактик. На даний момент вважається, що спіральні гілки - хвилі щільності, що утворилися в ході розвитку виникли нестійкостей в диску. "
Ну, якщо так - то і предмета для обговорення немає.
А то, як Ви пишете, мені подобається. Виважено, з доводами і без істерик. Читаю із задоволенням. Я, до речі сказати, хімік за освітою і в піднімаються Вами питаннях дилетант. І ставитися прошу саме як до дилетанту.
Олексій!
Спасибі за такий доброзичливу оцінку моєї роботи!
Що стосується рукавів і Вікі, я виходжу з того, що спостерігати можна тільки те, що реально існує. Хвилі і що інше - вони складаються з зірок і іншого. Якщо зірки насправді не згрупувалися в такі рукава, то веселка - відпочиває :-)