5.6. Образование галактического диска – этап в формировании Млечного Пути
В настоящее время Млечный Путь обладает очень большим моментом количества движения: 10101 в естественных единицах (4.13). Если вещество, из которого он состоит, собрать в очень малый объём пространства, с радиусом r, то это вещество ни при каких условиях не сможет обладать таким большим моментом импульса, так как максимально возможный момент импульса Lmax в этом случае равен:
(5.19)
Здесь ММП – масса Млечного Пути, с – скорость света, ħ – постоянная Планка.
Тем не менее, в далёком прошлом, примерно 15 миллиардов лет назад всё вещество Млечного Пути находилось в очень плотном состоянии и занимало объём с радиусом порядка 1 миллиона километров, а, возможно, и меньше. И в связи с этим в рамках теории горячей Вселенной возникает до сих пор не решённая проблема происхождения огромного момента импульса у Млечного Пути или у любой другой спиральной галактики (см. параграф 4.7).
В рамках теории взрывающейся Вселенной, основанной на новой модели пространства-времени, эта проблема решается так. В далёком прошлом величина скорости света была на несколько порядков больше, чем в настоящее время, а величина постоянной Планка, наоборот, меньше. И поэтому вещество Млечного Пути, занимая очень малый объём пространства, могло обладать очень большим моментом импульса (4.17).
Итак, если мы, при современных значениях скорости света и постоянной Планка, попытались бы сжать Млечный Путь в сверхплотный объект, из которого он когда-то образовался, то закон сохранения момента импульса не позволил бы нам это сделать. И наоборот, быстрое увеличение постоянной Планка и уменьшение скорости света в ранней Вселенной, вместе с законом сохранения момента импульса, привело к взрыву быстро вращающегося сверхплотного объекта – зародыша Млечного Пути.
Таким образом, первый этап в формировании Млечного Пути (впрочем, как и любой другой спиральной галактики) состоял в том, что внешние оболочки быстро вращающегося сверхмассивного объекта, которые содержали бóльшую часть момента импульса, были выброшены в окружающее пространство. При этом какая-то часть вещества могла, преодолев гравитационное притяжение, рассеяться в межгалактическом пространстве, а какая-то часть – упасть обратно в галактическое ядро. Но основная часть вещества, не преодолевшая гравитационное притяжение, не могла упасть обратно в ядро из-за большого момента импульса. Именно из неё впоследствии сформировался галактический диск.
Зная момент импульса Млечного Пути, нетрудно оценить, когда этот момент был выброшен из галактического ядра вместе с основной массой вещества. Это произошло приблизительно тогда, когда размеры Вселенной были в тысячу раз меньше, чем в настоящее время. То есть формирование первых, наиболее крупных спиральных галактик произошло уже через 10 миллионов лет после начала расширения Вселенной.
5.7. Образование шаровых скоплений – этап в формировании Млечного Пути
Второй этап в формировании Млечного Пути произошёл, когда начались взрывы сверхплотного нейтронного вещества в ядре Галактики, вызванные дальнейшим увеличением постоянной Планка. Огромные массы сверхплотного вещества массой в миллионы солнечных масс, а иногда и значительно больше, выбрасывались из ядра и распадались на звёзды и газ. При этом какая-то часть вещества могла вылететь за пределы Галактики и, образовав небольшую галактику, стать членом Местной группы. Другая часть выброшенного из центра вещества, не преодолевшая гравитационное притяжение Галактики, могла, распавшись на звёзды и газ, образовать шаровое звёздное скопление.
Почему же это звёздное скопление не упало обратно в ядро?
Во-первых, даже если скопление упадёт обратно в ядро, ничего страшного с ним не произойдёт. Размеры шарового скопления – сотни световых лет, а объём, соответственно, миллионы кубических световых лет. И скопление содержит миллионы звёзд. То есть расстояние между соседними звёздами примерно один световой год. А размеры галактического ядра, несмотря на гигантскую массу, порядка одного светового дня. Поэтому шаровое скопление свободно пройдёт сквозь ядро. Могут пострадать только звёзды, прошедшие очень близко от ядра или столкнувшиеся с ним. С остальными звёздами ничего не случится.
Во-вторых, кусок сверхплотного вещества, выброшенный из ядра, может распасться не на одно скопление, а на два и более. Например, сверхплотное вещество распадается на две удаляющиеся друг от друга части, каждая из которых впоследствии, взорвавшись, образует шаровое звёздное скопление. Образовавшиеся таким путём шаровые скопления будут обращаться вокруг галактического центра по сильно вытянутым эллиптическим орбитам, двигаясь в противоположных направлениях.
И, наконец, в-третьих, шаровые скопления, двигаясь по Галактике, гравитационно взаимодействуют между собой. В результате они приобретают скорости, перпендикулярные направлению на галактический центр, то есть приобретают момент импульса относительно галактического центра. И этот момент импульса не позволяет шаровым скоплениям упасть обратно в центр.
Итак, увеличение постоянной Планка, вызванное расширением Вселенной, приводит к взрывам сверхплотного нейтронного вещества, находящегося на внешней оболочке галактического ядра (там, где максимальное значение постоянной Планка). В результате внешняя оболочка выбрасывается в окружающее пространство в виде массивных кусков сверхплотного вещества, которые, взорвавшись, распадаются на звёзды и газ. Из одной части звёзд образуются звёздные скопления, а другая часть звёзд входит в состав общего звёздного поля Галактики, сформированного из отдельных звёзд (см. рис. 19).
а
б
в
г
д
Рис. 19. Общая схема образования шарового скопления
Кусок сверхплотного вещества, выброшенный из ядра галактики, взрывается (а). Взорвавшись, он распадается на звёзды и газ (б). Некоторая часть звёзд, имеющих достаточно высокую скорость, улетает прочь, а остальные звёзды образуют гравитационно связанную систему – звёздное скопление (в). Звёзды скопления движутся по некоторым траекториям вокруг его центра масс и при этом также взаимодействуют между собой. Это взаимодействие приводит к обмену импульсами между звёздами, и в результате устанавливается распределение скоростей, имеющее наибольшую вероятность. Как следствие, в скоплении исчезают какие бы то ни было выделенные направления, и скопление приобретает форму шара (г). Но если шаровое скопление образуется из быстро вращающегося куска сверхплотного вещества, то оно может иметь несколько сплюснутую форму (д).
Затем галактическое ядро «успокаивается», чтобы спустя миллиарды лет, вследствие дальнейшего повышения постоянной Планка, снова стать активным и выбросить в окружающее пространство огромные массы сверхплотного вещества из своей поверхности.
В современной астрофизике существует проблема, связанная с образованием шаровых скоплений. Согласно традиционной точке зрения звёздное скопление образуется в результате сжатия разреженного облака газа. Но если облако газа как целое не вращается, то оно сожмётся в одно массивное тело (см., например, [170,с.37]). Полный момент импульса у шарового скопления равен нулю, то есть, как целое оно не вращается (а если и вращается, то очень медленно). Почему же тогда облако газа, из которого образовалось скопление, не сжалось в одно компактное тело? С новой точки зрения шаровое скопление образуется не в результате сжатия облака газа, а в результате распада сверхплотного тела. И поэтому данная проблема отпадает.
Кроме того, взрывная гипотеза происхождения шаровых скоплений и звёзд гáло позволяет объяснить целый ряд астрономических наблюдений.
1. Почти все шаровые скопления и звёзды гáло движутся по сильно вытянутым и хаотически ориентированным эллиптическим орбитам с большими эксцентриситетами [44,с.387]. А орбиты некоторых из них проходят практически через галактический центр. Вот что писал об этом Ф. Хойл [171,с.23]:
При анализе движений отдельных звёзд Эгген выделил группу из нескольких сотен звёзд с большими скоростями, которую можно считать принадлежащей к системе гало. Эти звёзды обладают двумя замечательными свойствами. Во-первых, они почти не участвуют в общем вращении Галактики. Во-вторых, хотя многие из них двигаются по орбитам, уводящим их далеко от галактического центра, они тем не менее проникают глубоко в центральные области Галактики. Некоторые из них проходят практически через самый центр, в точности так, как если бы газ, из которого они образовались, был с силой выброшен из центра.
2. Многие скопления и звёзды гало движутся в направлении, обратном общему вращению Галактики. И этот факт представляет серьёзную проблему для общепринятого сценария происхождения Млечного Пути (см. параграф 5.1). Как уже отмечалось ранее, взрывная гипотеза его объясняет.
3. Согласно традиционной точке зрения гáло нашей Галактики образовалось в результате сжатия разреженных газовых масс. А отсюда следует, что возраст всех шаровых скоплений нашей Галактики должен быть практически одинаковым. Вот что написано об этом в статье «Шаровые скопления», напечатанной в журнале «В мире науки» [78,с.40,41]:
Некоторые астрономы утверждают, что, каков бы ни был возраст шаровых скоплений, все они должны быть ровесниками, поскольку быстрое остывание вещества в формирующейся Галактике препятствовало длительному сохранению сферической формы газового гало. В соответствии с этим утверждением вращающееся облако должно было быстро сжаться в тонкий диск, успев до этого породить шаровые скопления и прочие звёзды гало.
Однако спустя несколько лет после выхода упомянутой статьи было установлено, что разница в возрасте некоторых шаровых скоплений составляет 3-4 миллиарда лет, что значительно превышает ошибку в определении возраста. И этот факт представляет собой серьёзную проблему для традиционной точки зрения (см., например, [25]).
Согласно взрывной гипотезе происхождение шаровых скоплений и звёзд гало есть следствие активности галактического ядра. После того как ядро Галактики сбросило с себя верхнюю оболочку и «успокоилось», образование шаровых скоплений прекратилось. Однако спустя несколько миллиардов лет, из-за дальнейшего повышения постоянной Планка, ядро Галактики вновь стало активным, и образование шаровых скоплений продолжилось. Так появилось следующее поколение шаровых скоплений.
4. Уже давно обнаружены одиночные шаровые скопления, находящиеся на огромных расстояниях от нашей Галактики, далеко за пределами сферы гало [185,с.96]. Это так называемые «межгалактические бродяги». А в последнее время астрономы открывают одиночные звёзды, удаляющиеся с большими скоростями от галактического центра и уже находящиеся от него на расстояниях порядка 200 тысяч световых лет. Все эти факты также подтверждают взрывную гипотезу.