The influence of the dark energy model in the Roche potential for interacting galaxies.pdf Введение В научной литературе уделено внимание результатам изучения потенциала Роша для взаимодействующих звезд [1, 2]. Собраны значительные материалы астрофизических наблюдений подобных пар. В настоящее время в астрофизике придается большое значение космическим исследованиям ядер активных галактик - источников рентгеновского излучения от 6 до 30 кэВ, а также источникам звездообразования. Известно, что гало галактик связаны с неизвестной физике темной материей и темной энергией. Поэтому в настоящей работе теоретически представлена модель темной энергии и ее влияние на потенциал Роша для взаимодействующих галактик. 1. Модель темной энергии В 2014 г. автором предложено [3] выражение для пятого измерения, допустимого римановой геометрией как координаты, характеризующей субстанцию темной энергии, нового невакуумного поля, изменяющегося в процессе эволюции Вселенной (расширяющейся вечно согласно параметру [4]); пятое измерение имеет вид нового легкого поля с распределением Ферми - Уолкера) [3, 5, 6]: . (1) Здесь m - элемент переменной массы этой субстанции, имеющей плотность энергии ρD = = 3.8 кэВ/cм3; λ - фундаментальная шкала гравитации, определяемая как экспериментально-теоретическое значение [7]. (2) При λ < λD субстанция может носить антигравитационный характер [7]. Для случая λ ≥ λD внимание А. Эйнштейна в 1913 г. привлекла работа финского ученого Нордстрема, который попытался ввести в теорию относительности переменную массу. А. Эйнштейн в Вене в 1913 г. доложил критический обзор этой работы «Zum gegenwartigen Stande de Gravitations», поскольку сам в это время создавал общую теорию относительности. Он писал о недостатке теории: «…построена на априорном введении евклидова четырехмерного пространства» [8-10]. А. Эйнштейн при анализе этой работы ввел в решение Нордстрема параметр ψ: , где Ф - скалярное поле, записанное Абрагамом, определяющее силу Ньютона; по Нордстрему имеем В нашем случае предполагаемого распада фермиона, определяющего гипотетическую частицу темной энергии, можно функцию ψ записать как , μ - постоянная распада. В работе [11] пятая координата представлена пропорциональной изменяемому масштабу , (A) ds - элемент римановой геометрии; здесь коэффициент пропорциональности W суть потенциал темной энергии: W = W (фиксированная скорость распада субстанции темной энергии - кварка (фермиона)), . Тогда имеем . (3) Заметим, что в случае (A) метрика Крамера переходит в 4-метрику пространства-времени. Далее, характер изменения масштаба λ под влиянием излучений небесных тел γ, эффекта Казимира f и частоты субстанции темной энергии k можно оценить из макроскопической модели, записывая функцию Лагранжа в виде [11]. Рассмотрим теперь термодинамическое уравнение для потока темной энергии: . (4) Слева - флюктуация взаимодействий кварков, поток считаем адиабатическим, поэтому изменение энтропии потока станет равным нулю: dS = 0; тогда имеем уравнение состояния , что обеспечивает отрицательное давление; в этом случае . (5) Разделим обе части на ρ: ; очевидно, что и поэтому . (6) Решая указанное уравнение, получим . Для дальнейшей эволюции Z в работе [4] рассмотрен случай убывания темной энергии (для квинтэссенции [12]); указанному выше параметру ψ задается поверхность Бельтрами - многообразие постоянной отрицательной кривизны и аналогично инфляционному полю решается уравнение Клейна - Гордона: , для времени начала расширения Вселенной t = 8.424∙1015 с = 6.5 млд лет; параметр ψ = 0.3068. Следует отметить, что в работах [3, 4] из решений пятимерного варианта метрики Робертсона - Уокера показано, что параметры Хаббла и красного смещения зависят от флюктуации . 2. О потенциале Роша модели двух взаимодействующих галактик с учетом темной энергии В настоящей работе на базе работ Дж.Е. Прингля по формам звезд в тесных двойных системах и переносу в них масс [1] предлагается использование методов Роша по формам уже галактик в тесных двойных галактических системах и переносу в них масс с учетом темной энергии. При этом вводятся основные допущения. В двойных галактиках имеет место закон гравитации Ньютона и теория Кеплера; cодержание обеих галактик однородны, но отличаются от состава звездных моделей Роша; в частности, в модели входят гало темной энергии, расположенные на внешних областях галактических дисков; их масса примерно в 6 раз превосходит основную звездно-пылевую массу Галактик. Необходимость добавления массы темной энергии состоит в том, что суммарная масса звезд, газа и пыли недостаточна от гравитационного удержания формы (см. работы Цвикки, Гамова [12]). Размер первой сферической галактики превосходит размер второй, имеющей форму сплющенного сфероида; обе галактики вращаются относительно центра масс с постоянной угловой скоростью Ω. Наконец, галактики контактируют в начальный момент в точке либрации L1. Далее вводится прямоугольная система координат X, Y, Z. Определим масштаб координатной системы по аналогии с работой [1], поместив центр второй галактики в точку (a, 0, 0). Итак, полный потенциал в приближении Роша для рассматриваемых галактик есть . (7) Здесь - сумма масс, входящих в полную энергию первой галактики; - сумма масс, входящих в полную энергию второй галактики; . При , ; тогда ∂Ф/∂x = 0 определяет положение точек либрации L1, L2, L3. Отметим объемный радиус полости Роша RL: . Нас интересует точка в орбитальной плоскости L1(x1, 0, 0), которая является седловой точкой потенциала . Относительно потенциала Роша определим , представим (1) в виде , тогда , в итоге имеем , . (8) Приравнивая (8) удельной кинетической энергии , где - тепловая скорость частиц вблизи L1, получим величину ширины струи через точку L1 . (9) Вблизи поверхности галактики радиуса R1 структуру состояния материи определим уравнением гидростатического равновесия , где H - граница галактики. Для галактики ширина струи равна y ~ (H R1)1/2. Уточним понятие галактики - это черная дыра, окруженная поясом дисковой аккреции, набором притянутых звездных взаимодействующих масс и массой газа. Скорость переноса массы . (10) Пусть полость Роша переполняется на ; для адиабатической среды . Пусть динамическое время системы равно , тогда . (11) Для галактики, расширяющейся в шкале tрасш > tдин, степень переполнения, требуемая для поддержания темпа переноса массы, есть ∆R/R ~ (tдин / tрасш)1/3; динамическое время может быть tдин ~ 400∙106 лет; время расширения определится взаимодействием черных дыр галактик. Видно, что во всех оценках присутствует параметр μ2e-2μt, описывающий параметр распада темной энергии. 3. Численные значения параметров взаимодействующих галактик Рассмотрим численные значения параметров взаимодействующих галактик (рис. 1). Примем на основе научных публикаций усредненные числовые значения, характерные для исследуемых галактик: суммарную массу с учетом принципа эквивалентности первой галактики в форме сферы 36∙1046 г с радиусом R1 = 200 кпс = 6.168∙1023 см и средней плотностью ρ = 10-26 г/см3; примем модель второй галактики, контактирующей с первой в точке L1 с гораздо меньшей массой 6∙1040 г и одинаковой плотностью ρ = 10-26 г/см3. Отсюда следует радиус R2 = 1.42∙1022 см; характеристики сфероида b = R2, c = R2 / 2. Из определения координат имеем ν = 0.166∙10-6, a = R2 / (1-ν) = 1.42∙1022 см; RL = 1.163∙1022 см; далее расстояние центра сферы от центра масс ξ1 = 2.4∙1011 см, второй галактики ξ2 = 1.42∙1022 см. Угловую скорость данной системы считаем постоянной и равной, исходя из уравнения Кеплера, Ω2 ~ 10-34 1/с2. Полученные числовые данные позволяют уточнить значения точки либрации и построить стандартные графики перекачки материи [1] в интересах астрофизики уже с учетом темной энергии. Рис. 1 4. О научных задачах, связанных с наблюдениями галактик В настоящее время в точке L1 системы Земля - Луна работает аппарат «Спектр-РГ», на его основе опубликована самая детальная карта Вселенной в рентгеновских лучах; готовятся «Спектр-УФ», «Спектр-М». В поле зрения этих аппаратов, возможно, с рентгеновским излучением попадут взаимодействующие галактики, смоделированные в настоящей работе, что позволит уточнить физику темной энергии. Заключение Впервые представлен потенциал Роша для конкретного контактного варианта (схемы) двух взаимодействующих галактик с учетом модели темной энергии. Это позволит в дальнейшем изучить огромный потенциал физических процессов, происходящих с участием черных дыр. Открываются перспективы исследования иных исходных взаимных отношений двух галактик также с учетом темной энергии.

Скачать электронную версию публикации