Исследование: все дисковые галактики во Вселенной вращаются с одинаковым периодом


    Независимо от размера и массы все дисковые галактики во Вселенной делают один полный оборот вокруг своей оси примерно за 1 миллиард лет. К такому выводу пришла группа астрофизиков из Международного центра радиоастрономических исследований (ICRAR) из Университета Западной Австралии. Как написано в пресс-релизе по результатам открытия, в этом смысле дисковые галактики можно сравнить с космическими часами.

    В число дисковых галактик входят линзовидные и спиральные, как наш Млечный Путь или Галактика Андромеды неподалёку.

    В соответствии с современной стандартной космологической моделью CDM (Cold Dark Matter), основные структурные и динамические свойства галактических гало (гало — сферический невидимый компонент галактики, состоящий в том числе из тёмной материи и содержащий основную массу галактики) и дисков (видимая часть) подчиняются простому вириальному масштабному соотношению. Эти свойства обычно определяются как радиус $R$, скорость вращения $V$ и масса $M$. Или, как вариант, яркость $L$ в качестве прокси для массы. Вириальный эквилибриум для гало соблюдается как $V$ к $R$ и к $M^{1\over 3}$. Конечно, тёмная материя напрямую не наблюдается, однако масштабные соотношения наблюдаются через свойства барионов, хотя экспоненты в степенном законе этих соотношений не в точности соответствуют модели для гало.

    Чаще всего на практике используется масштабное соотношение скорости и светимости, более известное как зависимость Талли — Фишера. Это эмпирически полученное соотношение, связывающее массу (светимость) спиральной галактики и скорость её вращения. Барионная физика очень сложна, она учитывает много факторов, которые могут повлиять и исказить все масштабные соотношения. Например, активное ядро галактики может перераспределить барионы, а в процессе затянуть в распределение барионов тёмную материю, из-за чего все вышеуказанные соотношения искажаются.

    Хотя часто упоминается соотношение скорости вращения и светимости, но вот соотношению скорости вращения и радиуса до сих пор уделялось не так много внимания. Возможно, здесь ситуация усложняется трудностью в измерении радиуса по радиальной шкале.

    В новой работе учёные применили для измерения масштабного соотношения для $R$ не радиальную шкалу, как в предыдущих работах, а внешний радиус галактики — и показали, что в этом случае наблюдается практически линейное соотношение $RV$.

    Круговая скорость вращения соотносится с радиусом по всем наблюдаемым галактикам, которые отличаются по размерам и круговой скорости вращения в 30 раз: от карликовых неправильных галактик до гигантских спиральных.


    Соотношение радиуса и круговой скорости на логарифмической шкале

    Другими словами, все дисковые галактики действительно работают как часы, совершая оборот примерно за 1 миллиард лет, если измерять по самому краю их дисков.

    «Обнаружение такой закономерности в галактиках помогает лучше понять механику их вращения — вы не найдете быстро вращающуюся плотную галактику, в то время как другая галактика такого же размера, но меньшей плотности вращается медленнее», — говорит профессор Герхардт Мейрер (Gerhardt Meurer) из Университета Западной Австралии.



    Правда, исследователи делают оговорку, что для подтверждения этого универсального закона следует провести измерения по более широкому набору дисковых галактик, чтобы полностью исключить предвзятость при отборе.

    Кроме того, учёные обращают внимание, что на внешней границе галактического диска находятся не только плотные скопления молодых звёзд и межзвёздного газа, но и большое количество намного более старых звёзд, смешанных с молодыми и межзвёздным газом. У галактического диска довольно чёткая граница. Зная скорость вращения, можно вычислить радиус и быстрее обнаружить эту границу.

    Авторы научной работы говорят, что после долгожданного вступления в строй радиотелескопа Square Kilometer Array (SKA) в их распоряжение поступит огромный массив данных о галактиках. Тогда точная наводка, где искать границы галактики, поможет при обработке этого большого количества информации.

    Научная работа опубликована 9 марта 2018 года в журнале The Monthly Notices of the Royal Astronomical Society (doi: 10.1093/mnras/sty275, pdf).
    AdBlock has stolen the banner, but banners are not teeth — they will be back

    More
    Ads

    Comments 39

      –6

      Ну все правильно, если галактика вращается быстрее, а линейные скорости там порядочные. В том смысле что на несколько порядков больше чем те к чему привык обычный человек.
      И тут вспоминаем Ньютона — крутится то она может и быстрее, но время для нее течет на столько-же помедленнее, а со стороны все крутятся одинаково.

        –2
        Другими словами, скорость вращения галактик обусловлена свойствами пространства.
          +2
          Несколько напрягает цифра в миллиард лет. Либо ну очень уж неточная (но тогда ценность подобного вывода страдает) либо выглядит странным, что период обращения Земли вокруг Солнца внезапно стало кратно периоду обращения галактик степенью, определяющейся количеством пальцев на руках человеков :-)
            +1

            Но у человека на руке 5 пальцев, а не 69

              +4
              Кстати, миллиард лет — это с неплохой точностью π*10^16 секунд.
                +1
                и что тут фундаментального, если секунда придумана человеком, а ПИ выражено в десятипалечной системе ...?
                  +1
                  А я разве написал, что это что-то фундаментальное? Так, забавное наблюдение (как и то, что π секунд — это один нановек, что иногда позволяет быстро оценивать промежутки времени).
                0
                там речь идёт о порядке величины. То есть если на пальцах, то все галактики обращаются за 1-10 миллиардов лет. Ни за 10 миллионов, ни за 10 миллиардов необнаружено
                  0
                  Указанное ниже число π*10^16 = 996 192 495 лет и 5 с половиной месяцев. Никакой кратности с периодом обращения Земли вокруг Солнца нет. В статье сказано примерно миллиард лет. Округлили для нас, людей, т.к. мы привыкли к единице измерения времени, связанной с периодом обращения нашей планеты
                  0
                  время на таких скоростях не может получить заметного релятивистского замедления. К примеру, радиус Млечного Пути равен 50 000 световых лет, значит периметр – приблизительно 300 000 световых лет. А период обращения — порядка 300 000 000 лет. Релятивистское замедление на таких скоростях будет гораздо меньше 1%.
                    +1
                    А период обращения — порядка 300 000 000 лет.

                    так в статье же сказано, что оборот примерно за 1 миллиард лет, а не 300 000 000.
                      0
                      Данные приблизительные и взяты из Википедии. Все зависит от того, что считать радиусом, я так понимаю. Но в случае одного миллиарда линейная скорость будет еще нижне. Да и я пытался оценивать порядки, а не точные величины.
                        0
                        Судя по статье, это время обращение края — галактика же не твердое тело и внутренние области вращаются быстрее. А мы как раз не на краю, а скорее даже немного ближе к центру чем к краю, емнип.
                          0
                          вы хотя бы на графики посмотрите, там разброс скоростей около порядка. То есть «оборот примерно за 1 миллиард лет» на до читать «оборот за время, не более чем в 10 раз отличающееся от миллиарда лет»
                      +2
                      Не укладывается в голову вывод о том что галактики с момента своего создания сделали меньше 13 оборотов, а некоторые даже меньше того.
                        0
                        С момента своего создания? По-вашему галактики всё таки были созданы искусственно?
                        –3

                        Интересно, сколько "весит" само пространство? Может темная материя и есть само пространство скомканное массой галактики, и добавляющее туда еще порядочный вес. А когда оно ровное то его вес не чувствуется так как он есть нулевая точка отсчета....

                          0
                          Вы можете прямо сейчас подумать над этой гипотезой попробовав с её помощью обяснить форму галактики «Скопление Пуля»
                            0
                            Если не ошибаюсь, пространство и в самом деле что-то да «весит» — во-первых, тёмная энергия по сути является энергией вакуума, плюс, помимо неё, есть ещё и ненулевое поле Хиггса, которое так же вносит вклад в энергию вакуума, а так же нулевые колебания (виртуальные частицы). Но вот точных чисел не подскажу.
                            +2

                            Симуляция… итить ее за ногу

                              0
                              Это — симуляция! Какие у неё ноги? Может, вы ещё скажете, что я ей между квантов пространства заглядываю?
                            • UFO just landed and posted this here
                                +4
                                Ссылка на мурзилку? И Вы серьёзно поверили?
                                • UFO just landed and posted this here
                                  • UFO just landed and posted this here
                                    +2
                                    Наблюдать за собственной галактикой гораздо сложнее, чем за другой со стороны.
                                      +2
                                      Так как Полярная звезда является ближайшей к нашей системе

                                      Штаа? Ближайшая пульсирующая? Тоже нет. Что они имели в виду?
                                      +3
                                      «Вириальный эквилибриум», мама родная, зачем я это увидел?
                                        +9
                                        Мне статья кажется полностью вторичной. Уравнение Талли-Фишера давно известно, постоянство скоростей на больших радиусах (из-за доминирования массы тёмной материи) тоже. Значит, раз линейная скорость звёзд почти не меняется с удалением от центра, то всегда найдётся такое расстояние (и оно достаточно велика), чтобы звёзды на нём двигались с периодом 1Gyr.
                                        Заголовок громкий, но по сути они не предлагают ничего нового, кроме отсчёта размеров галактики не по характерному радиусу (который соответствует эллипсу, внутрь которого попадает половина излучения), а по какому-то трудно-определимому «полному радиусу».
                                        При том, что, вообще, это абсолютно нетривиальная задача — установить границы галактики, так и сами авторы в статье определяют её на глаз (это не фигура речи — там так и написано «by eye»). К тому же эта граница будет в каком-то фильтре (или в принципе — в оптическом диапазоне), то есть для удалённых галактик это будет соответствовать УФ излучению, что существенно меняет радиус.
                                        И, наконец, начав с такого яркого заголовка, авторы в статье так и не приводят гистограммы или графика, который наглядно бы показал новую закономерность.
                                          0

                                          Объясните, пожалуйста, почему нет противоречия между зависимостью Талли-Фишера и открытым постоянством скорости вращения галактик вне зависимости от их массы (светимости).
                                          В тексте написано: "«… вы не найдете быстро вращающуюся плотную галактику, в то время как другая галактика такого же размера, но меньшей плотности вращается медленнее», — говорит профессор Герхардт Мейрер (Gerhardt Meurer) из Университета Западной Австралии." Но ведь галактика меньшей плотности (с меньшим числом звёзд) явно имеет меньшую светимость, и поэтому, согласно Талли-Фишеру, должна вращаться медленнее?

                                            0
                                            Закон Талли-Фишера связывает массу галактики (получаемую из полной светимости) с угловыми скоростями (получаемыми из уширения спектральных линий). Там степенная зависимость, но это не важно.
                                            Период обращения T=2Pi/w = 2Pi*R/V, где w — угловая скорость, V — линейная. То есть чем галактика массивнее, тем больше её радиус, но тем быстрее она вращается (как раз из закона Т-Ф) и в итоге период остаётся неизменным. То есть вывод авторов статьи — это фактически подтверждение закона Т-Ф.
                                            Надеюсь, я ответил на ваш вопрос (как я его понял)
                                          • UFO just landed and posted this here
                                              +1
                                              Во 1-х, галлактика вращается не как твердое тело, разные части со своей скоростью. Во 2-х, Солнечная система не на краю.
                                              • UFO just landed and posted this here
                                                  0
                                                  Ваше представление очень упрощено. В целом, законы Ньютона, конечно, выполняются, но только мы не знаем точного распределения тёмной материи, к тому же вот эта часть «зависит от радиуса орбиты и находящейся внутри этой орбиты массы» работает только при равномерном распределении массы, а для галактик, особенно спиральных, это совсем не так. Поэтому и вращение рукавов галактик — это очень сложный динамический процесс.
                                            0
                                            Define «радиус галактики».
                                            Выбрали левое число из уравнения — и давай вокруг него сенсацию строить, обозвав «радиусом галактики».
                                            Хочется спросить, а галактика в курсе, что у неё такой радиус?
                                                0
                                                а мне понравился Вириальный эквилибриум.
                                                  0
                                                  Не знал, спасибо

                                                  Only users with full accounts can post comments. Log in, please.