В середині 30-х років XX ст. астрономів здивувало те, що галактики у скупченнях мають "завеликі" швидкості руху одна відносно одної. Тобто, що їх кінетичні енергії мали б "змусити" галактики розлетітися в міжгалактичний простір, переборовши сили їхнього взаємного притягання. Оскільки ж цього не сталося, то придумано причину: стійкість скупчення забезпечується масою (речовиною), яку ми не бачимо, не реєструємо. А її – чи не в десятки разів більше тієї, яку бачимо! І, отже, вона, ота темна невидима маса також керує і "життям" кожної галактики. Зокрема, визначає її форму, як ось, бути їй спіральною чи ні, а якщо так, то з перемичкою чи без неї... Математика тут нескладна. Як установив 1870 р. німецький фізик Рудольф Клаузіус, значення середньої кінетичної енергії Еk системи частинок (зір у галактиці, галактик у скупченні тощо) пов’язане із середнім значенням потенціальної гравітаційної енергії U співвідношенням: 2Ek + U = 0 (1.6) Тож якщо M – маса системи, R – її розмір (радіус), G – гравітаційна стала, тоді а ( ) – середня квадратична швидкість складових системи). І якщо зі спостережень знайдено і R, то із співвідношення (1.6) оцінюють масу галактики (чи відповідно скупчення галактик): . Певний час замість поняття енергія вживали сила (лат. vir). Зокрема, замість кінетична енергія – жива сила. Тому то співвідношення (1.6) названо теоремою про віріал. А що знайдене при вивченні скупчень галактик "занадто велике " вимагало (для пояснення стійкості скупчень) істотного збільшення маси M, ця ситуація отримала назву віріального парадокса. Усунення ж (пояснення) його якраз і полягало в припущенні, за яким маса скупчення істотно перевищує величину, знайдену зі співвідношення "світність – маса галактики", встановленого для близьких галактик. Річ ясна, зразу ж виникло питання про "кандидатів" на приховану масу. Передусім, це можуть бути зорі коричневі і білі карлики, планети типу Юпітера. Усе це "баріонна речовина", однак, за оцінками, її усього в сім разів більше, ніж звичайної видимої. Але орієнтовно є й екзотична темна матерія, а її чи не в 50 разів більше світної, вона – невідомої природи і лише гравітаційно взаємодіє зі згаданими двома іншими. Про це – дещо пізніше. Ось наглядний приклад наявності в галактиках цієї екзотичної темної матерії. За останні сто років розроблено надійні методи визначення мас і світностей галактик, кутових і лінійних швидкостей їх обертання. Нерідко вдається навіть встановити особливості хімічного складу зір із центральних зон та з їх периферії. Адже спостереження цих об’єктів у наш час ведуть у всіх електромагнітних хвилях від радіо до рентгенівського і гаммадіапазону. Отож, важливою характеристикою галактики є відношення сумарної маси її зір М, вираженої у масі Сонця М⊙, до сумарної світності L (в одиницях L⊙), тобто М/L і спочатку було знайдено, що здебільшого М/L = 2:20. Невдовзі, однак, "все ускладнилося" – значною мірою завдяки спостереженням у радіодіапазоні. Адже так вдалося вивчати окраїни галактик, у 3-5 разів дальші від їх центрів, ніж це дозволяли оптичні методи. Йдеться про встановлення залежностей швидкості обертального руху зір від їх відстаней до центра галактик – їх так званих кривих обертань. Адже у випадку, якби до складу галактики входили лише зорі як світна речовина, їхня лінійна швидкість V з відстанню r від центра мала б зменшуватися орієнтовно як (такою є залежність для колової швидкості без урахування взаємного впливу "сусідніх зір"). Насправді ж спостереження вказують навіть на істотне зростання швидкості V з відстанню r. Тому і зроблено висновок: крім видимої (світної) речовини (зір) у галактиці є речовина темна, невидна, і її – навіть у десятки разів більше! І повторимося: природа цієї речовини, яка гравітаційно взаємодіє зі світною, поки що залишається невідомою. Ще складнішою (водночас і цікавішою!) є проблема темної енергії. У травні 1998 р. відбулася знаменна астрономічна конференція, де було розглянуто особливості розширення Всесвіту. “Більшістю голосів – 40 із 60” стверджено: почавши від червоних зміщень z = 0,5 це розширення є прискореним! Це відкриття започаткувало нову революцію в космології. Отож дві групи дослідників (керівники відповідно С. Перлмуттер та А. Рісс, перша з них опрацювала дані спостережень 35 наднових, друга 42) незалежно провели співставлення отриманих ними видимих зоряних величин і червоних зміщень Наднових "типу Іа" у декількох десятках випадків. 1 – постало питання: що є причиною цього «додаткового розтягування» простору? Про це буде мова далі, тут обмежимося коротким зауваженням: очевидно, так виявляє себе вакуум. Конкретизуємо сказане так званим парадоксом Габбла-Сендіджа, суть якого з’ясовують співставленням двох діаграм Габбла. Накреслена ним 1929 р. діаграма стосується залежності υ ® до відстаней rm 20 Мпк (Габбл помилково приймав rm 2 Мпк). У наш же час її надійно складають за даними про галактики, відстані до яких перевищують 700 Мпк. Там якраз (при r ≥ 100 див. рис. 1.1) Всесвіт можна вважати однорідним. Отож для такого галактичного світу маємо сталу Габбла H 73 км/с/Мпк. Габбл же встановив “залежність υ = Hr “у зоні”, де розподіл речовини дуже неоднорідний і де дисперсія швидкостей (їх відхилення від середнього значення для заданої відстані ) сягає 74 км/с! Питання ось у чому: як же стається так, що, незважаючи на істотну неоднорідність просторового розподілу цих близьких галактик, незважаючи на так великий розкид швидкостей їхнього руху, все ж за даними тепер уже про 145 галактик цього “місцевого об’єму” стала Габбла H = 64 ± 10 км/с/Мпк! Чітку відповідь на це питання дали І.В. Архангельська, І.Л. Розенталь та А.Д. Чернін у кн. “Космологія і фізичний вакуум” (М. 2006, с. 186-191): “…кінематика галактик у місцевому об’ємі має мало спільного з їх просторовим розподілом,… за спостережуваною кінематикою стоїть динаміка, яка з розподілом мас галактик фактично не пов’язана”. І хоча слід врахувати ще й наявну тут темну матерію, маса якої – у 10 разів більша, дві сили – сила притягання, створювана масою місцевої групи, і сила відштовхування створювана вакуумом, “зрівнюються за абсолютною величиною при r 2 Мпк, на більших же відстанях домінує анти-тяжіння вакууму. [А тому] почавши з відстані в декілька мегапарсек, галактики місцевого габблівського потока рухаються як пробні частинки на ідеально регулярному фоні вакууму, який їх розганяє …” Бо “головний внесок у космічну густину створює вакуум з його ідеально однорідним розподілом у просторі. За своєю ефективною гравітуючою густиною він перевищує сумарну середню густину майже у п’ять-шість разів”. І висновок такий: “лише з відкриттям космічного вакууму став ясним реальний смисл відкриття Габбла: у Місцевому об’ємі він виявив глобальний космологічний феномен”.
Ви переглядаєте статтю (реферат): ««Темна маса» і «темна енергія»» з дисципліни «Фрагменти космології»
