Пульсирующая Вселенная - Николай Николаевич Горькавый

Следовательно, скорость относительного движения вдоль оси X между сверхмассивными черными дырами и окружающими их облаками приведет к тому, что оси образующихся дисков (и галактик, который выросли из них) будут расположены анизотропно — будет существовать направление X, которого оси дисковых галактик будут избегать. Это соответствует глобальной квадрупольной анизотропии распределения осей галактик.

Эту естественную особенность аккреционной модели образования галактик, предполагающей существование реликтовых черных дыр, логично сопоставить с многочисленными статьями, обсуждающими квадрупольную анизотропию распределения осей вращения галактик. Например, в Астрофизическом бюллетене в 2009 году были опубликованы интересные статьи В. Амирханяна из ГАИШ МГУ об анизотропии распределения осей вращения галактик. В. Амирханян рассмотрел каталог из 10 тысяч галактик с джетами (струйными выбросами), направление которых должно быть близко к осям вращения галактик или аккреционных дисков вокруг центральных сверхмассивных дыр. Он с высокой достоверностью показал, что оси вращения галактик избегают определенного направления, то есть двух противоположных участков неба, которые близки к Северному и Южному полюсам Земли. В статьях Амирханяна делается обзор и предыдущих работ на эту тему: М. Рейнхарда, П. Нильсона, А. Лауберта, С. Парновского и др. Феномен анизотропии осей галактик примечателен тем, что он может проявляться и для достаточно близких галактик. Существует целая серия статей Л. Шамира из Канзасского университета об асимметрии числа левовращающихся и правовращающихся галактик, а также исследования М. Лонго из Мичиганского университета об асимметрии распределения лево-вращающихся и правовращающихся спиральных галактик. Эти феномены, если их достоверность будет доказана, могут быть связаны с анизотропией распределения осей вращения галактик, но для подтверждения такой связи нужен более детальный анализ.

15.3. Загадочное соотношение Талли — Фишера и реликтовые дыры

Согласно кеплеровскому закону, квадрат скорости V кругового вращения тел вокруг массивного объекта пропорционален массе M этого объекта:

Логично предположить, что этому закону подчиняются и звезды в галактике. Но в 1977 году Р. Талли и Дж. Фишер обнаружили противоречащую (5) закономерность: M ∝ V 4, которая связывает массу дисковой галактики M и скорость вращения V на ее краю.

Закон Талли — Фишера — один из самых таинственных в динамике галактик. Обычно эту зависимость пытаются получить, делая произвольные допущения, например, о том, что поверхностная светимость галактик остается постоянной с ростом радиуса галактики. Но есть и более радикальные подходы, которые предполагают отказ от теории гравитации Ньютона — Эйнштейна: например, израильский ученый М. Милгром создал модифицированную теорию тяготения (теорию МОНД), где ввел феноменологический гравитационный потенциал на краю галактики, обеспечивающий выполнение закона Талли — Фишера. Эта наблюдаемая зависимость оказалась столь важной, что легла в основу МОНД — новой теории гравитации!

Что можно сказать о зависимости Талли — Фишера в рамках циклической модели Вселенной? Мы полагаем, что эта зависимость может быть объяснена в рамках классической теории гравитации. Для этого нужно правильно учесть роль окружающей среды в аккреционной модели формирования галактик вокруг сверхмассивных черных дыр.

Закон Талли — Фишера связывает массы галактик с их периферийной (асимптотической) скоростью вращения. Логично предположить, что закономерность Талли — Фишера может быть обусловлена граничными условиями. При аккреционном росте дисковой (спиральной или линзовидной) галактики с массой M, двигающейся в среде межгалактического газа, максимальный размер галактики R должен быть равен радиусу сферы тяготения, на границе которой гравитационное притяжение галактики становится равным внешней возмущающей силе f, вызванной, например, гравитационным воздействием соседних галактик или межгалактических облаков (Рой, 1978). Это условие достаточного притяжения на краю любой гравитирующей системы — от галактического балджа до тонкого диска вокруг черной дыры:

Можно предположить, что внешняя сила f была приблизительно одинакова для всех галактик, формирующихся на раннем этапе эволюции Вселенной. Величина гравитационной силы на краю нашей Галактики равна

Скорость кругового движения V для звезд на краю галактики можно найти из выражения (5). Подставляя R из (5) в уравнение (6), получим:

Соотношение (7) просто и логично объясняет загадочную знаменитую зависимость Талли — Фишера между массой галактик и периферийной скоростью их вращения.

Рассмотрим детальнее природу внешней силы f. Наиболее реальным источником такой внешней возмущающей силы являются гравитационное воздействие от облаков Джинса с массой 105M/, которые еще не вошли в состав галактики и принадлежат окружающей среде:

где d — минимальное расстояние между облаком (или звездой) на краю галактики и межгалактическим облаком. Для оценки (8) было принято, что d  25 световых лет, что примерно равно радиусу облака Джинса (см. Приложение II). Таким образом, оценки современного гравитационного ускорения на краю галактик и гравитационного возмущения от облаков Джинса на ранних этапах формирования галактик (8) хорошо совпадают. Так как концентрация облаков Джинса в начальный момент была одинакова во всей Вселенной, то для всех растущих галактик будет одинаковым как расстояние d, так и возмущающая сила f.

Воздействие облаков на растущие галактики было максимально в эпоху формирования галактик, когда плотность среды была на много порядков больше. Позже концентрация межгалактических облаков упала из-за расширения Вселенной и из-за захвата их в галактики. Но условие (7), которое выполнялось во время формирования галактик, осталось актуальным для тех галактик, которые не сливались и сохранили свою массу и размер.

Концентрация межгалактических облаков увеличивается в скоплениях галактик, что обеспечивает повышенную внешнюю силу f. Выражения (7) и (8) устанавливают связь между скоростью вращения галактик и внешней силой:

В 1976 году С. Фабер и Р. Джексон открыли аналогичную (7) зависимость для эллиптических галактик. Очевидно, что обсуждаемый механизм связи массы галактики и скорости периферийного движения должен работать не только для круговых, но и для других типов орбит. Звезды в эллиптической галактике двигаются по орбитам с большим эксцентриситетом, тем не менее на краю галактики они будут испытывать аналогичное гравитационное возмущение f от межгалактических облаков, то есть подчиняться условию (6). Отличие только в том, что для вычисления скорости движения тел в эллиптических галактиках нужно использовать не условие кругового движения (5), а теорему вириала[17]:

где σ