В.М. Антонов, Л.М. Топтунова

 

1.3       Аккреционно-гравитационный механизм происхождения красного смещения галактик и квазаров

 

 

Аннотация

В спектрах массивных или далеких галактик доминирует излучение аккрецирующего на ядро галактики межгалактического газа, несущего информацию о скорости падения в направлении ядра в момент излучения в виде доплеровского смещения zD. Достигая наблюдателя, излучение преодолевает гравитацию галактики и приобретает второй компонент zG – гравитационное смещение.

1)      Результирующее смещение равно

z =zD+ zG + zG· zD                                                                       (1)

 

Блеск единицы площади диска галактики выражается соотношением

 , где R – расстояние от наблюдаемой области до центра диска, r – расстояние от наблюдателя до галактики; I, Н, В, D  – константы. Современная техника способна зафиксировать излучение в спектре, если оно превышает уровень свечения ночного неба  IФ  на величину SIФ.

Исходя из этого, известных формул для смещений  zD и zG  и формулы (1), получена зависимость, позволяющая оценить красное смещение z галактики в зависимости от её массы М и расстояния до неё  r,  z=z(M,r).

 

--   Оглавление  --

 

            Попытки найти некосмологическое объяснение природы красных смещений галактики и квазаров начались с момента открытия красных смещений галактик и продолжаются по настоящее время.  

Несколько вариантов гипотезы старения фотона предложили

Хоредт  (1973), Киппер  (1974), Яккола и др. (1975 а), Лэтил (1976), Пеккер и Виджер (1976), Киппер (1976). 

Бриллоуин (1976) предложил гипотезу потери энергии фотоном на фотонах трехградусного излучения.

Яккола и др. (1975б) высказали предположение о возникновении красных смещений при прохождении фотонами полей излучения.

Вэлдран (1981) обращает внимание на то, что, если устранить парадокс Ольберса без привлечения гипотезы о расширении Вселенной, то красное смещение галактики окажется изолированным фактом, требующим для своего объяснения привлечения других физических явлений.

В предыдущей работе была высказана идея некосмологической природы красных смещений галактик и квазаров. Гипотеза построена не на пустом месте: существует наблюдения и догадки других авторов, которые “работают” на высказанную гипотезу. Приведем  некоторые из них.

Бербидж и О’Делл (1973) признают наличие собственных (некосмологических) красных смещений у тех объектов (квазаров, N – систем и т.д.), в которых излучение звезд не является доминирующим. Андерсон (1981), Пеймберт и Торрес-Пеймберт (1981), Дэс (1975) допускают, что хотя бы некоторая доля красного смещения имеет гравитационную природу.

Ябашита (1976_а, 1976_б ) указывает, что гравитационный компонент красного смещения может достигать значений zG=1,41, а допплеровский – zD=0,76, если максимальное смещение достигает значения 3,4.

Андерсон (1981), Петерсон и др. (1981) отмечает, что в объектах со значительными красными смещениями излучающие облака движутся радиально.

Приведем предварительную формулировку разрабатываемой здесь гипотезы:

в спектрах массивных или далеких галактик доминирует излучение межгалактического газа, аккрецирующего на ядро галактики, несущего информацию о скорости падения газа в направлении ядра галактики в момент  излучения в виде доплеровского компонента смещения zD;

достигая наблюдателя, излучение преодолевает гравитацию галактики и приобретает второй компонент zG -гравитационное красное смещение;

результирующее смещение приобретает значение

z =zD+ zG + zD zG                                                                              (1)

На основании равенства (1) необходимо получить оценочные формулы для  z  в зависимости от массы галактики  М и расстояния  r  от наблюдателя до галактики.

Зная массу галактики  М  и расстояние R от излучающей области до центра галактики, можно определить энергию падающего протона или атома водорода

E=MmG/R,

где   m - масса покоя протона,  G -  гравитационная постоянная.

С другой стороны, кинетическая энергия релятивистской частицы находится по формуле 

 ,

 где    m - масса покоя частицы ; 

v- скорость частицы;

c - скорость света .

Приравнивая  эти два  выражения для кинетической энергии частицы и  вводя обозначение  

                                                                                (2)

 получим     

                                                            (3)

 

Из последнего соотношения находим

                                                                  (4)

Подставляя  (3)  и  (4)  в  формулу для доплеровского смещения

 ,

получим после преобразования

                                                                       (5)

Гравитационное смещение  zG   находится по формуле

 ,

что с учетом  (2)  дает

                                                                      (6)

Из   (2)  следует, что

  ,                                                                  (7)

то есть  является функцией от массы галактики  М   и  расстояния   R    от излучающей области до центра галактики .

Из  (5), (6) и  (1) следует, что красное смещение  z  также является функцией от этих величин   z = z(M,R).

Проиллюстрируем в первом приближении работу  АG – механизма происхождения красных смещений галактик для галактик определенной массы, размера и степени концентрации массы к центру галактики. Пусть r - расстояние от наблюдателя до галактики. Тогда блеск единицы площади диска галактики, находящейся на расстоянии R от центра диска, выражается формулой [ Пикельнер (1976) ].   

                                                                (8)

Постоянные  I, Н, В, D  зависят от массы, размера и степени концентрации массы к центру галактики и подбираются так, чтобы функция  (8) удовлетворяла наблюдениям.

Пусть современная техника способна зафиксировать излучение в спектре, если оно превышает уровень свечения ночного неба IФ  на величину S IФ   (0<S<1), то есть в том случае, если выполняется условие

                                           (9)

Назовем предельным расстоянием  rпр расстояние, при котором галактика перестает фиксироваться современной техникой. Выражение для rпр   находится из условия  Е =0, если положить видимый радиус галактики R равным  нулю

                                                                               (10)

Заменяя в (9)   по формуле(10), находим выражение для радиуса  R  части галактики, ещё фиксируемой спектрометром,

                                                                                 (11)

Подчеркнем, что значение  rпр, а, следовательно, и  R  определяется не только массой, размером и степенью концентрации массы галактики, но и определяется уровнем свечения ночного неба. Если бы свечение ночного неба отсутствовало (IФ =0), то доступным для наблюдения был бы весь диск галактики, независимо от расстояния  r  до нее. Наличие свечения ночного неба (IФ ≠ 0 )  приводит к тому, что с увеличением расстояние  r   от наблюдателя до галактики доступной для наблюдения остается только центральная часть галактики, тем меньшая, чем  больше  r. Из соотношения (11) следует, что, если расстояние   r   до галактики приближается к предельному значению  rпр , радиус  R  доступной для наблюдения центральной части галактики стремится к нулю.

Формулы (11), (7), (6), (5) и (1) устанавливают в первом приближении зависимость красного смещения галактики от ее массы  М  и расстояния  r   от наблюдателя   z=z(M,r).

Ниже в таблице приведены значения R/RG, где RG - радиус галактики, и красного смещения z  в зависимости от расстояния  r  до галактики. Масса галактики 

M = 1045г.,    RG = 1023см.,    rп р= 1028см.,    H = 9,5·10-3,    D = 1/7.

В нижней строке таблицы приведен угловой размер доступной для наблюдения части галактики β=R/r. Разрешающая способность современной аппаратуры не превышает  0,01 угловой секунды. Как видно из таблицы, некоторые удаленные галактики, для которых   z > 0,1, будут восприниматься как точки.   

 

r,cм

1025

1026

1027

2 ·1027

2,5 ·1027

R/RG

1,4·10-1

8·10-3

6,3·10-5

5·10-6

1,8·10-6

z

1,8·10-5

3,14·10-4

4,07·10-2

0,55

1,89

β, ´´

320

2

10-3

5·10-5

10-6

      

 

Литература

1.      Андерсон (Anderson K.S.), 1981,” Astrophus J.”,246,  №1, 13.

2.      Бэрбидж, ОДелл  (Burbidge G.R., O’Dell S.L.), 1973

Astrophus J.”, 186, №2, 59.

3.      Бриллоуин (Brillouin L.), 1967, ”C. r. Acad. Sci.”, 265,  №12, 669.

4.      Вэлдран (Waldran R.A.), 1981, “Specul. Sci. and Technol.”, 4,  5,539.

5.      Дэс  (Das P.K.), 1975, ”Mon. Notic. Roy Astron. Soc.”, 172, №3, 623.

6.      Киппер А.Я., 1974, «Астрофизика», 10, №2, 283.

7.      Киппер (Kipper A.), 1975, ”Tartu Astrofüüs. Observ.publikatsioonid”, 44, 3.

8.      Лэтил (Latil P.), 1976, “Sci. et avenir”, № 350, 336.

9.      Пеймберт, Торрес-Пеймберт (Peimbert M., Torres-Peimbert S.), 1981,” Astrophus.J.”, 245,  №3, 845.

10.   Пеккер, Виджер (Pecker J. – C., Vigier J.P.), 1976, «Астрофизика», 12, №2, 315.

11.   Петерсон и др. (Peterson B. M., Foltr C.B., Byard P.L.), 1981, ”Astrophus.J.”, 243, №2, 61.

12.   Пекельнер С.Б., ред., 1976, Происхождение и эволюция галактик и звезд., М.

13.  Хоредт (Horedt C.),1973,” Astrophus. J.”, 183, №2, 383.

14.  Ябашита (Yabashita S.), 1976 a,”Mon. Notic. Roy Astron. Soc.”, 174, №3, 637.

15.  Ябашита (Yabashita S.), 1976 б,”Mon. Notic. Roy Astron. Soc.”, 177, №3,595.

16.   Яккола и др. (Jaakkola T, Moles M., Vigier J.-P., Peeker J.C., Yourgrau W.), 1975 a, “Found. Phys.”, 5, №2, 257.

17.   Яккола и др. (Jaakkola T, Teerikorpi P., Donner K.J.), 1975 б, “Astron and Astrophys.”, 40, №3, 257.