2.1.1. kötet Galaxisok peremén

Szerző: Forrai György

mérnök- kutató

(2012.december 29-i változat)

Ez a kézirat a szerző tulajdona, kizárólag olvasásra, és hivatkozásra szolgál. Másolása, és hasznosítása nem engedélyezett.
Nyitott kutatási jegyzőkönyvként a vizsgálat során még változhat, így alkalmazása nem javasolt. Kéri a tisztelt Olvasó megértését, hogy az abban szereplő új eredményeket tekintse a szerző szellemi tulajdonának, és a vonatkozó jog és egyéb szabályok szerint járjon el!

 

 

Rövid kivonat:

Ez a kézirat az "általános árapály" galaxisokra gyakorolt hatását elemzi, feltételezve, hogy valójában az okozhatja a középpontól távoli peremcsillagok Kepler törvény szerintit jelentősen meghaladó rotációs sebesség- anomáliáit. Másfelől megkérdőjelezi azt az állítást, hogy ezt a jelenséget valamely hipotetikus, a barionos anyag többszörösét kitevő "sötét tömegek" okozhatnák. Létezésük esetén ugyanis nem csak tömegvonzást, de olyan nagy mértékű árapályt is keltenének amellyel  akár a galaxis, sőt az egész univerzum mozgását, részeinek forgását megállíthatnák!

Érthetetlen, hogy erre az ismert, sőt a Hold távolodása esetében mérésekkel is bizonyított lehetőségre a sötét anyagokhoz fűzött jelenségek vonatkozásában miért nem történik utalás? Úgy tűnik, hogy az árapály mindenre kiterjedő, általános jelenlétére az univerzumban sem a fizika, sem a csillagászat nem fordít kellő figyelmet, holott ismeretében a jelenleg támogatott "sötét anyag" koncepció  akár okafogyottá is válhatna.

A jelen kézirat e hiányosság pótlására próbálkozik.

A két elmélet összehasonlításának alapjául egy szakirodalmai közlemény szolgál, amelynek adatai számítógépes elemző programmal lettek feldolgozva. Ez a program a mintagalaxist tíz övre bontva vizsgálta, meghatározva azok tömegét és egyéb jellemző paraméterét.

Az elemzés kimutatta, hogy a mért, ~200 km/s rotációs sebesség mellett km/s nagyságrendú radiális távolodási sebesség is fellép, amelyet szintén az árapály okoz.

A vizsgálat a galaxis két valószínű USP kritériumát határozta meg: egyiket a galaxismag központjában, annak feltételezett fekete lyuk objektuma közelében, a másikat a galaxismag határánál. (USP= árapály kritérium: valamely  "központi" égitest körüli olyan őv, vagy zóna, amelynek mentén a "távoli" testet az általa a központiban keltett árapály közelítésre, vagy távolodásra késztetheti).

A továbbiakban a galaxis árapály miatti alaki változásainak bemutatása történt, amelyek az egyes öveiben eltérőek, és a csillagok fúziójára is hatással lehettek.

A vizsgálat eredményeit a Tejútra alkalmazva modellezhető volt a Naprendszer, a Nap, és a gázbolygók pályáinak árapály miatti alakulása.

Egyebek között valószínűsíthető, hogy a gázbolygók saját energiatermelését is a Nap árapálya okozza

 

Tartalomjegyzék 

 

1. fejezet. Bevezetés

2. A galaxis árapály vizsgálati modellje.

3. A Tejút története, és a Naprendszer

4. Galaxisok és a Tejút általános árapály okozta alakváltozásai.

5. Összefoglalás

6. Irodalom

7. Kiegészítések, gondolatok

 

 

1. fejezet. Bevezetés

A csillagászat és a fizika jelenlegi nagy kérdésének- a „sötét anyag” keresésének egyik fő indoka a galaxisok peremvidékén lévő csillagok rotációs sebességének a Kepler törvény szerintitől eltérő, sokkal nagyobb értéke. (lásd 1. ábra, [1]).

A közlemény azt szándékozik bizonyítani, hogy ez a jelenség is több más, jelenleg szintén a hipotetikus "sötét anyagok" létezésével magyarázottal együtt valójában az Általános Árapály" tárgykörébe sorolható.

 

1. ábra Egy tipikus spirálgalaxis korongjának rotációs görbéje a galaxis középpontjától, [1] szerint (referencia diagram).

- Szaggatott vonal a Kepler törvény alapján

- A kis pontos vonal a sötét anyag figyelembevételével számított

- A pontok a mért adatok.

A galaxisok csillagai rotációs sebesség változásának anomáliái az univerzumban mindenütt megtapasztalhatók. A Kepler törvény oly nagymértékű „sérülését” mindmáig valamely hipotetikus „sötét anyag” feltételezésével magyarázzák, amelynek megfelelő eloszlása esetén a mért rotációs sebességgel való teljes egyezés érhető el. Mindez alapul szolgál a fizika és a csillagászat ilyen irányú kutatásaira, melyekről számos tudományos, és ismeretterjesztő publikáció szól.

A „sötét anyag” elnevezés találó, hiszen tapasztalható hatása miatt feltételezhetően „kell, hogy legyen”, azonban nem látható, mert nem sugároz.

Ami előfordulhat az ismert, azonban a számítások szerint az univerzum tömegének csupán 4%-t alkotó barionos anyaggal is, ha az bármely oknál fogva nem bocsát ki sugárzást.

A vizsgálatok azonban azt bizonyították, hogy másféle, nem barionos anyagról van szó, amely ráadásul az univerzum teljes tömegének 26 % -át képviseli! (A maradékot a 70% tömeg-egyenértékű, úgyszintén ismeretlen „sötét energia” jelenti).

Erről az anyagról azonban csak néhány tulajdonsága, előfordulási feltétele ismerhető, például, hogy:

- időben stabil,

- gravitációs kölcsönhatásban részt vesz,

- elektromágneses kölcsönhatása nem kimutatható,

- sűrűsége definiálható,

- valószínűsíthetően elemi részecskék a hordozói

Mindez természetesen nem kielégítő ismeret, ezért több évtizede széleskörű asztrofizikai kutatások folynak, kevés eredménnyel.

Az ismertetett sötét anyag- koncepció azonban gyaníthatóan csak az un. gravitációsan kötött, időben állandósult rendszerekre, (galaxishalmazokra, galaxisokra) vonatkoztatható. Mert csupán olyanokról gondolható, hogy mért, nagyobb rotációs sebességük a hipotetikus, ma még jóformán ismeretlen „sötét anyagok” tömegével magyarázható! Az ilyen galaxis modell időben változatlan kellene, hogy legyen, hiszen formáját és fizikai paramétereit állandó tömege, nem pedig változó energetikai, dinamikus jellemzői alakítják!

Egy ilyen feltétel látszólag egyszerű, és logikus, mégis kifogásolható, mert a kozmológiai elméletek dinamikus változásokról szólnak! Amelyek lehetséges okozója inkább az univerzum energia- disszipációját kifejező „általános árapály”, és nem pedig valamely tehetetlen, inaktív „sötét tömeg”! Amelynek árapálya az évmilliárdok alatt az általa keltett árapály révén már minden mozgást, forgást meggátolt volna!

Mert a galaxisok, és az univerzum folytonos változását, átalakulását feltételezve számolni kell azzal, hogy az általános árapály idővel megváltoztatja a csillagok pályáját, forgási és keringési impulzusukat. Ezért az árapály, mint dinamikus jelenség, ehhez a problémakörhöz jobban illeszkedik, mint valamely hipotetikus sötét anyag.

A kézirat éppen azt kívánja bizonyítani, hogy az említett jelenség az általános árapály elmélettel magyarázható, mely lehetőséggel jelenleg sem a fizika, sem a csillagászat nem számol!

Ez nem meglepő, mivel a klasszikus elméleti fizika és csillagászat e fontos területének alapjai sem kidolgozottak még- a modern fizika "berobbanása" megszüntette iránta az érdeklődést.

Emiatt előzetes magyarázatra szorul néhány, specifikusan az általános árapályra jellemző fogalom, amelyeket részletesen a [2.1, 2.3] ismertet, és amelyre a továbbiakban hivatkozások történnek.

Az „árapály csatolási tényező” (Φ= 0…1,0), bármely égitest komplex energia disszipációját jellemző tényező, amely a teljes árapály energia bármely módon munkavégzésre, pl. a központi égitest melegítésére fordított hányadát jellemzi. (A dolgozatban vizsgált galaxis modellre vonatkozó értéke pl.: Φ~ 0,002).

Az „univerzális stacioner pálya” (USP) azokra a „stabil magasságú” keringési pályákra (zónákra) utal, amelyeken az árapály miatti munka egyenlege nulla1, s így ténylegesen is „tehetetlenséginek” tekinthetők! Ugyanis a keringési pályák többsége valójában nem mondható tehetetlenséginek, mivel az árapály munka lassan távolítja, vagy zuhanásra készteti a rajtuk keringő testeket- műholdakat, a Holdat, a galaxisok csillagait, az univerzum galaxisait! (a vizsgált galaxis modellre két ilyen zóna USP1~20 Mkm; és USP2~3000 parszek lett kimutatva)

Az általános árapály fizikai modellje szerint a galaxis központtól távolabbi égitestjeinek kisebb szögsebessége miatt árapály munkavégzés történik, amelynek egyenlegétől függően a galaxis valamely kritikus sugarainál egy, vagy több USP zóna kell, hogy kialakuljon.

A vizsgált modelben pl. kettő. A legbelső USP1 zónában keringő csillagok a központi fekete lyuk2 felé kellene, hogy zuhanjanak, azonban az gyors forgásával nemcsak, hogy „kitámasztja” a hozzá legközelebbiket, hanem távolítja is őket, létrehozva a galaxis magnak nevezhető csillagtömörülést!

Az USP zónákon túli csillagok távolodási, és rotációs sebessége ugyanúgy növekedik, mint ahogyan az a műholdaknál és a Holdnál tapasztalható. Mert a műholdak fordulatonkénti néhány tized, a Hold néhány fok nagyságrendű csomóponti vándorlása a földi ekvátoron hasonlóan árapály jelenség, mint a galaxisok peremének rotációs sebesség növekedése.

Az előbbi megállapítások a 2. ábra szerinti galaxis modellel igazolhatók, melynek rotációs sebességeloszlása az 1. ábra (referencia) diagramján láthatóval a kézi adatfelvétel pontosságáig azonos. Hangsúlyozandó, hogy a felvett adatok a galaxis teljes energetikai vizsgálathoz elegendő információt nyújtanak, mivel a rotációs sebesség görbékből nem csak a teljes tömeg, hanem annak sugárszerinti eloszlása is visszaszámlálható.

2. ábra A modell szerinti számított és mért sebességeloszlások.

A metodika, amely a 2. fejezetben kerül ismertetésre, a sebesség diagrammok alapján lehetővé teszi a modellhez hasonló más, spirál és elliptikus galaxisok (pl. a Tejút) adatmegadástól függő pontosságú, teljes vizsgálatát.

A bemutatott modell galaxis látható tömege a számítás eredményeként 6,95E+40 kg, ami 35 Mrd. napegyenérték, vagyis kisebb, mint Tejút.

Az egyes övek tömegeloszlása a 3; 4 ábrákon látható. A tömegarány görbék a gravitációs kölcsönhatásban részt vevő barionos tömeg övenkénti arányát mutatják, a nem látható, és a hipotetikus „sötét anyag” nélkül, a Kepler sebességeloszlás szerint.

A vizsgált modellben a galaxis látható tömegének 90% egy központi, ~4-5000 parszek sugarú körön belül koncentrálódik, ami a galaxis magját, és a karok kezdetét foglalja magába.

Mindez megkérdőjelezi az olyan állításokat, melyek szerint a galaxisok tömegének csak kisebb hányada koncentrálódik a magban, mert a nagyobb része a spirálkarokban, és közöttük ugyan kevésbé láthatóan, azonban hasonló arányban van jelen.

A hipotetikus sötét anyagok tömege a mért, sokkal nagyobb rotációs sebességekből övenként szintén kiszámítható. A végzett ellenőrzés alapján a modellre ~3,5 –szer nagyobb (2,4E+41 kg), a Tejútéhoz közelebbi összes tömeg egyenérték adódott.

A dolgozatban azonban a nagyobb rotációs sebesség nem sötét anyagokkal, hanem az általános árapály elméletealapján magyarázható. Amelyben a galaxis nem kötött gravitációsan - tágulhat és össze húzódhat, galaxis- karokat nyithat, távoli részei elszakadhatnak.

A 3. ábra tömegarány görbéi rámutatnak a két koncepció közötti lényeges eltérésre: a hipotetikus sötét anyag tömege a peremtől a középpont felé szinte lineárisan változik- mintha az övek összes tömege sugaruktól függetlenül állandó lenne? A Kepler modellnél viszont a középpontban a látható tömeg és sűrűség több százszor nagyobbra adódott, mint a peremvidéken. Ami azt jelenti, hogy a középponttól távolodva a sötét anyag arányának hatványozottan nőnie kellene, s ezáltal távolabb a csillagközi teret is uralnia?

Ha ez valóban így lenne, akkor árapálya az univerzum minden mozgását régen lefékezte volna már! Kifogásolható ugyanis, hogy a sötét anyag nagyságrendileg nagyobb részarányának feltételezése ellenére sem számolnak annak árapály hatásával!

3. ábra. Tömegnövekedés a központ felé, Kepler törvény szerint, és a mért rotációs sebességekből számítva

A 4. ábra a 0…1,0 közötti arányszámokat mutatja (pl. az egyes övek, és összegeik aránya).

4. ábra Arányszámok 0…>1,0 között

A 4. ábra a Kepler képletből, és a mért rotációs sebességekből számított hipotetikus tömegeloszlások eltéréseit az összes tömeghez viszonyítva mutatja.

A Kepler képlet szerint számítva a központi mag környékén (2500 parszek, 8400 fényév) a tömegeloszlás kicsúcsosodik, távolodva csökkenő.

Ugyanaz a mért rotációs sebességek alapján számolva szinte végig egyenletesen, és erősen ingadozó.

A galaxis forgási energiája, és impulzusmomentuma övenként szintén számítható. Összegeik 1,44E+51 J– ra, és 1,26 E+66 kgm2/s- ra adódtak.

Az energia lokális maximuma 2500 parszeknél látható. Az összes árapály energia 91,6%-a 5000 parszeken belül (~15000 fényév) összpontosul. Azon túl az övek energiája gyakorlatilag egyforma, és kis értékű.

Az impulzusmomentum görbe szinte „rátakar” a tömeg és az energia görbére- a maximuma azonban kevéssel távolabb: 3000 parszeknél jelentkezik. Az összes impulzus 71,6% szintén az 5000 parszeken belüli zónában van jelen.

Ez a zóna a magot és a spirálkarok kezdőszakaszát tartalmazza. A tömeg, az energia, és impulzusmomentumok nagy koncentrációja ugyanazon tartományban egyfajta galaxis- centrumra utal. Egyúttal jelzi, hogy a spirálkarok kialakulását, és távolodásukat annak árapálya okozhatta... A karok látható tömege viszont érthetően sokkal kisebb, mint a centrumé, amelynek árapálya nyitotta meg azokat. Amelyhez azonban, az idők multával, „kiégve” ugyancsak az árapály hatására egyes csillagok visszatérnek, a peremvidékiek pedig véglegesen eltávolodnak majd.

Kezdetben homogén sűrűségű gömbnek tekintve a galaxist, kerületi sebessége az impulzus megmaradás elve alapján ~400 km/s –ra becsülhető.

Sugara kb. 4-5 -ször kisebb, 3000-3500 parszek lehetett. Az árapály hatására azonban lapultsága fokozódott, központjának magassága 2500 parszekre csökkent. Ugyanakkor a korong átmérője, részben átvéve a gömb külső rétegeinek anyagát, közel négyszeresére nőtt. Pereme 35- 45000 fényévet távolodott, vagyis radiális távolodási sebessége átlagosan ~1000 m/s - kilométeres nagyságrendű! (Ez az érték a további árapály számítások során kontrollként szolgál majd)

A centrum, és a korong forgása is lelassultak. A modell kezdeti forgási energiája 6,87E+50 J- al csökkent.

Mindez az általános árapály hatásának tudható be.

2. A galaxis árapály vizsgálati modellje.

Az ismertetett adatok és következtetések az általános árapály számítógépes programjának eredményei. A számítási modell az [2]-ben ismertetett elveken alapul, amelyben egyebek között szó esik az általános árapály kétféle vizsgálati viszonylatáról (központi/távoli égitest).

Melyek közül itt csak azt kellett figyelembe venni, amelynél a központi égitest maga a galaxis, a távoli pedig annak fősíkján, a peremén helyezkedik el. Emellett mindkettő direkt, jobbforgású. (A másik viszonylat több nagyságrenddel kisebb munkát végez, s így elhanyagolható, a retrográd keringés pedig ritka, a kísérő galaxisoknál fordulhat elő.)

Az árapály modell számítása a 2. ábra sebesség diagramja alapján, a Kepler törvény szerinti, illetve a mért rotációs sebességeloszlások szerint történt. (A radiális sebesség több nagyságrenddel kisebb, mint a rotációs, s így a méréseknél aligha elkülöníthető.)

Minthogy a modellben nem a tömeg, hanem a sebességeloszlás ismert, abból a gravitációs gyorsulás, és a mögöttes övek tömege 1000 parszek felbontásban (16 db öv) volt számítható (16000 parszek, ~53000 fényév).

Fentieken túlmenően már csak a galaxismag (~4000 parszek) és a övek (1250-750 parszek) csökkenő vastagságát kellett hozzárendelni, hogy a galaxis összes többi fizikai paramétere, a jelenlegi, sőt a kezdeti állapotra is becsülhető legyen.

Az árapály modell a galaxis szokásostól eltérő zónákra történő feloszlását igényli. Definiálandók benne a lehetséges USP kritérium sugarak, azon belül a „zuhanó”, és kívűl a „távolodó” zónák.

A metodika mindezekre lehetőséget ad, s így a hasonló feladatok esetén elemzésre használható.

Elsőként a galaxis, mint központi égitest saját árapály munka potenciájának (Wk)övenkénti kiszámítása történt:

Wk= gi*Φi*Ki    m2/s2                                                                              1./

gi                    m/s2                      Gravitációs gyorsulás az öv peremén

Ki                    m                          Az öv kerülete

Φi…A öv árapály csatolási tényezője, jelenleg átlagként felvéve, azonban mód van gyűrűnkénti differenciálására is. (Amire például a középpontban, a fekete lyuk miatt van szükség.)

A P együttható kiszámításakor a távoli égitest fősíkban történő, merőleges oszcilláció nélküli keringését tekintettük (i=0).

Az adott öv, és a távoli égitest sugár (Ri), és szögsebesség arányai az elérhető adatokból számíthatók.

Pi=Ri’^3*(1- ωi/ωt)                                                                                   2./

Az adott öv egy fordulatra eső árapály energiája (dEi), és radiális távolodási sebessége (dhi):

dEi=Pi*Wki                      J                                                                       3./

dhi= dEi/g                       m/ford                                                                4./

ahol gi                            m/s2                  az adott öv gravitációs gyorsulása

Az árapály energia és távolodás az adott öv egy fordulatára értendő, ami átszámítandó a legszélső öv egy fordulatára (540 Millió év). Ezután az összes öv energiahozama (E) a távoli égitest egy fordulatára összegezhető.

E=ΣdEi                                                                                                     5./

Ugyanígy az egy fordulatra eső, és a másodpercenkénti távolodási sebesség

h=Σ dhi                    m/ford           m/s                                                        6./

Végül, ha a galaxis létezése az univerzum feltételezett kezdetétől számítható, akkor 13,7 Mrd év alatt 30-40 fordulata történhetett, mialatt a pereme radiálisan ~40000 fényév utat tehetett meg, ~1 km/s átlagsebességgel.

A radiális sebesség becsült átlagértéke eredményként csak akkor adódhatott, ha a galaxis árapály csatolási tényezője Φ~0,002 értékre lett felvéve. Vagyis a modell szerinti galaxis legfontosabb disszipációs tulajdonságát a metodika alapján meg lehetett határozni!

Minthogy az egyes övek távolodási sebességei összegződnek, a centrumhoz közel sokkal kisebbre adódtak, mint a széleken (3. ábra).

Emiatt érdemes a problémát a Hubble törvény szemszögéből is vizsgálni, hiszen az ismertetett galaxis modell feltételesen az egész univerzumra is kiterjeszthető (lásd [2]) .

A Hubble (H) együttható az adott esetben:

H=972/4,64E+20= 2,19E+18          1/s                                                        7./

Az eredmény a jelenleg elfogadott H=2,41E-18 1/s (74,2 km/s/parszek) állandóval közelítőleg azonos. Minthogy azonban a H együttható sokféle fizikai paramétertől függ, inkább az egyezésük oka elgondolkoztató…

Az ismertetett metodika segítségével egyes fizikai paraméterek változása a középponttól való távolság függvényében jól elemezhető, és meghatározhatóak a galaxis szerkezeti sajátosságai.

Az USP2 kritérium távolság különösen a 2. ábrán látható jól: ~3000 parszek (~10000 fényév)

környezetében, ahol a Kepler, és a mért sebességek aránya éppen egységnyi (205 km/s, 1.2 ábrák). Ugyanott a számított radiális gyorsulás is nulla (5. ábra), ami mindenkor az USP pályák jellemzője.

5. ábra A radiális gyorsulás és sebesség változás az USP- től (3000 parszek)

Az USP ugyanis egy olyan, stabil pályákat tartalmazó zóna3, ahol a keringő csillagok nem zuhannak, és nem távolodnak árapály miatt. Ami abból is látható, hogy a tömegvonzási és a centrifugális gyorsulásaik egyenlege 3000 parszeknél nullával egyenlő, attól kifelé pedig a sebesség arányok növekednek, jelezve, hogy az árapály az USP2 től távolodva gyorsítja a rotációs sebességet.

Ugyanakkor ellentmondó, hogy az USP2-en belül a gyorsulásnak előjelet kellene váltania (zuhanás), a sebességnek pedig csökkennie, azonban nem ez történik!

Ez viszont megmagyarázható a központi fekete lyuk lokális távolító hatásával, ami gyors forgása révén egy másik, belső USP1 kritérium pályát is képes létrehozni!

A Saggitárius „A” adatait véve alapul, a központi fekete lyuk tömege ~1E+37 kg- csupán 50000 – ed része a Tejúténak. Extrém sűrűsége, és feltételezett nagyobb árapály csatolási tényezője (Φ~0,1...1,0) miatt azonban a saját árapály potenciálja (2,9E+32 m2/s2), és forgási energiája (2,9 E+46 J) mégis nagyok! Elegendőek arra, hogy az USP1 ~20 Mkm kritérium sugarán túli csillagokat a távolabbi, sokkal nagyobb tömegű övek árapálya ellenében is távolodásra késztesse (talán emiatt is írják, hogy „nincs étvágya”). Amelyek azonban tőle eltávolodva ismét lelassulnak… a görbék ezt a folyamatot mutatják.

A galaxis centrum tartománya tehát külön, részletesebb analízist igényel. Feltételezhető, hogy a központtól távolodva a modell szerinti galaxis a következő zónákra osztható (lásd 7. ábra):

1 A központi fekete lyuk, mint a galaxis magjának, és centrumának része. (néhány millió km)

2. A központi fekete lyuk és az USP1 kritérium határán belüli tér, amelyen belül a tömegek zuhannak, és emiatt az idővel teljesen „kitisztul” (néhány tízmillió km)

3. Az USP1-és USP2 közötti tér, amelyen belül a testek távolodnak, és zuhannak is, miáltal egyfajta belső „nyomás” keletkezik, létrehozva a galaxis feltornyosuló magját. (~2000-3000 parszekig)

4. Az USP2-n túli, még nagy tömegű és energiájú zóna, amelyben megkezdődik a spirálkarok távolodása és kinyílása. A maggal együtt ez nevezhető a galaxis centrumának. (2000-5000 parszek).

5. A spirálkarok (vagy korong), amelyek tömege, sűrűsége, energiája lényegesen kisebb. (>5000 parszek.)

6. Galaxis haló, és kísérő galaxisok. >16000 parszek.

6. ábra Szögsebesség és periódusidő arányok

A 6. ábrán látható, ahogyan az árapály hatására a keringési periódusidő a Kepler szerinti exponenciális változásához képest a mérés szerinti a lineárishoz közelít.

A mért és a Kepler képlet szerint számított szögsebességek aránya a galaxiscentrum két pontján (USP1~20 Mkm, és USP2= 3000 parszek) éri el az egységnyi értéket. Közöttük a galaxis mag sebességnövekedése és csökkenése látható. A galaxis pereméig a rotációs sebességarány 1,85-re növekedik.

Azok az arányossági paraméterek, amelyek valamely öv, és a galaxis- összes arányaként az egységnél kisebbre adódtak, egyetlen diagramba (3. ábra) voltak rendezhetők, s így összehasonlításuk szemléletesebb.

A tömeg, az impulzusmomentum, és energia arányokról korábban már volt szó. Jól látható, hogy maximumaik 2500-3000 parszeknél, vagyis az USP2 határnál vannak. Azon belül a csillagok zuhannak, kívűl távolodnak. A zónahatáron túl azonban mindhárom energetikai paraméter igen kis értéken állandósul, mintha azokat az árapály úgy alakítaná, hogy a távolságtól ne függjenek? Ami természetesen lehet pusztán az adott modell jellegzetessége (amelyben pl. a galaxis vastagsága felvett érték), s így további, a galaxis halóra és a kísérő galaxisokra is kiterjedő elemzést igényel.

A távoli égitest keringési idejére (540 M év) átszámított távolodás maximuma a korong peremén látható.

Az árapály munka maximuma viszont eltolódik a galaxis közepe felé, ahol az összes 10 %-a termelődik.

Amennyiben ez a megállapítás a Tejútra is érvényes, akkor a Naprendszer is pontosan ebben az igen aktív árapály munka zónában helyezkedik el.

3. A Tejút története, és a Naprendszer

A vizsgált modell galaxisunktól csak látható tömegében tér el (annak hatodrésze), így kialakulása, fejlődése hasonlónak gondolható..

Eltekintve keletkezése legkorábbi időszakától, amelyről eltérő kozmológiai elméletek ismertek, története abban az időpontban kezdhető, amikor a Lokális Halmazon belül felvette kezdeti forgásellipszoid- közeli formáját, majd további sűrűsödése során kialakultak a csillagok, a csillagrendszerek- és egyes pontjain megkezdődhetett a fúzió is.

Sűrűsödése során forgási energiája növekedett- az általános árapály galaxisunk formálásában kezdettől fogva részt vett!

Kialakulásakor „mindenirányú” keringés történt. Részben ütközéseknek, részben az árapály hatásának tekinthető, hogy a keringés direkt irányban, a galaxis fősíkja mentén alakult ki.

- Nagyobb szögsebessége miatt az USP zónák kezdetben a középponthoz sokkal közelebb voltak. Az árapály a galaxis öveit intenzíven távolította, annak lapultsága fokozódott- megkezdődött a mag és a korong különválása, majd spirálkarokká történő szakadása.

- A legmeredekebb (i~90 fok) pályákon keringő égitestek egy része keringési síkját megtartotta, kisebb részük pedig a központi fekete lyukba zuhant, amelynek tömege ugyan elhanyagolható, forgási energiája viszont jelentős.

- A kevésbé meredek pályájúak a fősíkon történő távolodást követve, ahhoz közeledve kisebb hajlásszögű pályára tértek. Jelenleg feltételezhetően a mag és a korong közötti átmeneti zónában, valamint a spirálkarok tövében találhatók.

- A kis ferdeségű pályákon keringő égitestek a távolodás során a korong különböző öveibe olvadtak, azok tömege hatására, hozzájuk igazodva korábbi pályasíkjukat elhagyták, és a fősíkra merőlegesen kezdtek oszcillálni. E csillagok mozgása jelenleg két fő komponensre: keringésre a fősíkon, és az arra merőleges oszcillációra bontható.

Közéjük sorolható a Nap is, amely jelenleg ~60 millió év periódusidővel, és ~70-80 parszek amplitúdóval oszcillál, keringési periódusa alatt négyszer is keresztezve annak fősíkját (galaktovertikális mozgás, amellyel a periodikus kihalásokat hozzák kapcsolatba…). Jelenleg éppen a fősík közelében van, ahol a látható barionos anyag sűrűsége nagyobb.

A mag és az övek keringési szögsebessége tehát az eltelt idő alatt jelentősen lecsökkent, azonban nem azonos okokból, és ütemben (7. ábra)!

- A mag forgási szögsebessége az árapállyal a külső öveknek átadott impulzusa miatt lassult. Ugyanazon ok miatt az USP2 is távolodni kezdett- jelenleg a modellhez hasonlóan ~ 3000 parszeknél (10000 fényév) lehet.

- A távolodó USP2- sugáron belüli csillagok lassan zuhanni kezdtek- keringésük felgyorsult, és megkezdődött a centrum sűrűsödése. Ennek során a belső övekben jelentős árapály hő képződött, ami hozzájárulhatott ahhoz, hogy a fúzió elsőként ott induljon el. Ezzel is magyarázható a centrum „kiégett” csillagainak nagyobb aránya.

- Magában az USP2 zónában keringő csillagok pályája ugyan időlegesen stabilizálódhatott, azonban az árapály specifikus energetikai hatása- az égitest magjának ellentétes irányú cirkulációja miatt [2] felhevülve4 fúziójuk gyorsabban indulhatott. Így az USP2 kritérium sugár egyfajta távolodó fúziós hullámfrontot okozhatott.

- Az USP2-n túl távolodó külső övek szögsebesség csökkenése az égimechanikai összefüggések értelmében volt gyorsabb ütemű, s így köztük és a centrum között nagyon intenzív, rotációjukat és távolodásukat felgyorsító árapály jött létre. Ami azonban a centruméhoz képest csak sokkal kisebb látható tömegű öveket mozgathatott.

A korong sűrűség és sebesség eloszlásának eltérései végül a spirálkarok megnyílásához vezettek, amelyek közötti tér sűrűsége erősen lecsökkent.

A radiális árapály távolodás a Tejút peremén becsülhetően ~ 1 km/s nagyságrendű. Kísérőjelensége a rotációs sebességnövekedés viszont nagyságrendekkel nagyobb, és az eltelt idővel növekvő, jelentős meghaladva a látható tömegéből a Kepler törvény szerint számíthatót.

A dolgozat alapvető szemléleti különbsége, hogy ezek az eltérések nem valamely sötét tömegekkel, hanem az általános árapály törvényszerűségeivel, és nem gravitációsan kötött, stacioner rendszerrel, hanem dinamikusan változó, távolodó- zuhanó modellel magyarázhatók. Mert az általános árapály elv alapján vizsgált Tejút gravitációsan nem kötött, hanem az árapály következtében változó, főképpen barionos anyagot tartalmazó galaxis.

4. Galaxisok és a Tejút általános árapály okozta alakváltozásai.

A spirálgalaxisok alakjának formálódása ismeretlen, bonyolult folyamat, amelyről csupán feltételezések vannak. Különösen a Tejútról, amelyet csak belülről láthatunk. Más spirálgalaxisok nézeteiről vannak fotók, amelyek a 7. ábra alapjául szolgálhatnak.

7. ábra Galaxisok alaktani vizsgálata

Kialakulásuk attól kezdődően követhető, amikor gázfelhőből összesűrűsödve forgásuk felgyorsult – a viriál tétel alapján korábbi helyzeti energiájuk fele arra fordítódott. (Bár ez esetben még elhanyagolható, azonban elvileg szó kellene, hogy essen a relatív tömegváltozásról is)

Ettől kezdve az általános árapály elmélet az alaktani modellek meghatározó tényezője!

A protogalaxis összehúzódása során az égitestek „mindenirányú” keringése indult, különböző irányú impulzus momentumokkal, amelyek eredője azonban nem nulla. Emiatt részben ütközések, részben az általános árapály rendező hatása által jelölődött ki a „forgássík” (fősík), amellyel az alaktani vizsgálatok is indíthatók.

A 7. ábrán a galaxisnak a fősík felöli, a végbemenő átalakulásokat leginkább szemléltető nézete látható.

A központi ellipszoid a kezdeti (10-13 Mrd évvel ezelőtti) állapotának idealizált képe, amelynek átmérője sokkal kisebb, magassága viszont kevéssel nagyobb lehetett a jelenleginél.

Kezdeti, nagyobb keringési energiája övei sebesség lassulása során (a viriál tételt másképpen, fordítottan értelmezve) máig részben hővé, részben tömegei távolítására fordítódhatott.

Alaktanilag azonban fontosabb, hogy kezdeti ellipszoid formája az árapály miatt hogyan változott? Ez a kérdés a galaxis néhány kiemelt pontja vizsgálata útján válaszolható meg:

1. A peremén lévő csillagokéval, amelyeket a legnagyobb árapály „deformáció” ért.

2. A korongjának közepén lévőkkel, ami Napunk helyzetének felel meg.

3. Az energetikai centruma peremén lévő csillagokéval.

4. A galaxis maggal, és a központi fekete lyukkal.

A spirálkarokon lévő csillagok (tömegük az összesnek csupán ~10%- a), a kiinduló ellipszoid meghatározott, kisebb sűrűségű zónáiból származhatnak, amelyek a fősíkjához közeli külső öveiben helyezkedhettek el.

A gyorsan forgó galaxist nagy viszkozitású, képlékeny folyadéknak tekintve e zónák fősík mentén való rétegenkénti lassú kiáramlása, „szétfröccsenése” képzelhető, ami nyilvánvalóan az akkor még sokkal kisebb USP2 kritériumnál (~1500-2000 parszek) kezdődhetett. A folyamat során:

- a galaxis peremének legnagyobb mértékű távolodása valószínűsíthetően az ellipszoid fősíkhoz legközelebbi, külső rétegeiből indult. Emiatt a csillagok oszcillációja a galaxis peremén nem jelentős, vastagsága emiatt is kisebb.

- A közbenső övek a központhoz közelebbi, nagyobb szélességről indulhattak. Jelenlegi helyzetét, és középső övének vastagságához képest sokkal kisebb oszcillációját (~0,08 arány) alapul véve a Naprendszer az ellipszoid pereme, és az USP közötti távolság közepéről, arányos magasságú pályáról indulhatott.

- A spirálkarok tövének csillagai, minthogy a fősíkra merőleges impulzusuk kisebb, a galaxis nagyobb szélességeiről csupán „lejjebb csúsztak”, létrehozva a centrum szélének tömegét.

- Folytatódott a távolodó USP2-n belüli csillagok zuhanása, amelyet viszont a központi fekete lyuk gyors forgása gátolt. Emiatt a centrumon belül egy „feltornyosuló” galaxis mag jött létre.

- Maga a fekete lyuk gyorsuló forgásával önmaga növekedését akadályozta, hozzájárulva a mag nyomottságához, és melegítve azt. Szerepe a galaxis mag kialakításában jelentős.

A csillagok spirálkarokba történő csoportosulása feltehetőleg növekvő radiális gyorsulásuk miatt vált szükségszerűvé, ami a korongot szétszakította! (Ahogyan a vízsugarak átmérője is gyorsulva csökken).

Spirális felcsavarodásukat pedig differenciált sebességük okozhatja- végeik kisebb szögsebességük miatt hajlanak el.

Horgas spirálgalaxisok esetében a kezdeti fokozottabb radiális gyorsulás küllős szerkezetet hozott létre, amely impulzust veszítve a végein spirális karokká alakult. (A spirálkarok alakjából a galaxisok életkorára is lehet következtetni).

Az elliptikus galaxisok esetében feltehetően „laposabb” kiinduló alakzatuk miatt nem jött létre a spirálkarok szétválása, vagy még nem kezdődött el.

A fúzió beindulása, és a csillagok egyéb változásai csak kisebb alaktani változásokat eredményezhettek, például felaprózhatták, vagy elmozdíthatták a helyükről őket.

Az általános árapály azonban idővel ellentétes irányú alaki változásukat, például a galaxiskarok összezáródását is okozhatja. Mindez a forgási- keringési impulzusok aktuális egyenlegétől, az galaxis (univerzum) kialakuló struktúrájától függ.

Naprendszerünk feltételezhetően a Tejút jelenlegi USP2 zónáján kívül helyezkedik el, annak maximális árapály- energia övében.

Az árapály miatti változásokat lineárisan extrapolálva, 4,5 Mrd. éve a Tejút sugara csak 30-35000 fényév lehetett, a Naprendszer pedig 15-18000 fényévre a központtól helyezkedhetett el. Ebben a „történeti felszálló ágában” növekvő árapály munka érhette, ami bizonyára hozzájárult fúziója elindulásához is.

Mert az árapály munka, amit a galaxis külső övei a Napban és a bolygókban, mint viszonylagos központi égitestekben az árapály csatolási tényezőikkel arányosan keltenek, azok saját energia termeléséhez is hozzájárulnak. Természetesen a legközelebbi égitestek árapály hatása a legnagyobb. Ami a Nap esetében jelenleg bizonyára elhanyagolható a fúzióhoz képest, azonban a gázbolygóknál kiegészítheti, sőt helyettesítheti is a feltételezett gravitációs összehúzódásukból5 származó hőtermelést.

Példaképpen a Jupiternek a Nap sugárzási energiahozamát (~E+25 J/év) közelítő saját energiatermelése úgyszintén a Napból, azonban mint távoli égitestnek az árapályából származtatható, amellyel akár az eddig feltételezett összehúzódás miatti hőnyeresége is helyettesíthető!

A bolygók, és a holdjaik árapálya lehet az oka a Nap és a gázbolygók differenciált rotációjának is, ami az árapály nyomaték és a hidraulikus ellenállás övenként változó egyenlege alapján számítható. A Nap forró gáztömegeinek nagyságrendekkel nagyobb viszkozitása, és a nagyobb árapályerők okozhatják öveinek a gázbolygókénál sokkal nagyobb rotációs sebességkülönbségét. Az övek fékeződése 0…20; és 70…90 fok között csekély, a legnagyobb 20-70 fok között. A gázbolygók foltjai általában e zónák határain csoportosulnak, s így lehet közük az árapály jelenségekhez. (8. ábra)

8. ábra Csillagok és gázbolygók öveinek árapály- szlipje

A differenciális rotációval a napfoltok is kapcsolatba hozható, azonban az egy összetettebb, időben és térben változó (~11 évenként, a pillangódiagram szerint) magneto- hidrodinamikai jelenség.

5. Összefoglalás

A dolgozatban felhasználva az [1]-ben ismertetett adatokat, és a [2]- ben olvasható árapály vizsgálatokat, és módszereket- mindössze a mért rotációs sebességváltozások ismeretében a galaxisok teljes energetikai vizsgálatára alkalmas metodika kidolgozása, és tesztelése történt meg.

Segítségével a galaxisok valamennyi energetikai jellemző meghatározhatóvá vált. Egyebek között peremének radiális távolodási sebessége is, ami 1 km/s nagyságrendű. A számítások során ismertté vált a vizsgált galaxis árapály csatolási (disszipációs) tényezője (Φ~0,002), ami új csillagászati mutatószám.

A metodika a Tejút vonatkozásában szintén alkalmazásra került, továbbá a galaxisok alaktani vizsgálata is megtörtént, ami azok sugárirányú szerkezetére, és időbeni fejlődésére adott választ (7. ábra).

Összességében megfelelt azokra a tárgykörben felmerül kérdésekre, amelyekre mindeddig másképpen, például „sötét anyagok” feltételezésével próbáltak magyarázatot adni.

A kozmológiai modellek a forgási és keringési impulzusok átrendeződésével, az általános árapály okozta változásokkal ma még alig foglalkoznak, holott azok számos megoldatlan problémára adhatnának választ, illetve mutathatnának fel új kérdéseket.

Ehelyett olyan új kutatási területekre fordítanak figyelmet, amelyeken hosszú idő óta nem mutatkozik, és a dolgozat szerint nem is várható eredmény.

Ennek talán az lehet az oka, hogy a klasszikus fizika részét képező „általános árapály elmélet” nem fejlődött ki, s így nem áll megfelelő vizsgálati metodika rendelkezésre?

Hogy ez így van, arra bizonyíték az itt elemzett probléma: a galaxisok rotációs sebesség eltérése, ami tipikusan árapály jelenség, azonban helyette valamely hipotetikus sötét anyag létezésével próbálják magyarázni? Amelyek ugyan létezhetnek, de nem abban az értelemben, és szerepkörrel, mint amelyet általuk betölteni próbálnak- hogy a galaxisok nagyobb rotációs sebességére, vagy az univerzum tágulására választ adjanak.

Azokra ugyanis csak az általános árapály felelhet meg, amelynek figyelmen kívűl hagyásából származó hátrányok ma már nagyon jelentkeznek.

Pedig érdemi kutatása és alkalmazása a „modern” fizikát is segíthetné.

6. Irodalom

[1] Fizikai Szemle 2006/11. 362.o. A sötét anyag  Németh Judit, ELTE TTK Elméleti Fizika Tanszék, Szabados László, MTA Konkoly Thege Miklós Csillagászati Kutatóintézet

[2]  Honlapon: Általános árapály elmélet (tervezett), illetve {4.2}  Az árapály hatása az űrszondákra és műholdakra 1. rész, Űrszondák flyby anomáliái {4.3},  Forrai György

7. Kiegészítések, gondolatok.

A kézirat: nyitott kutatási jegyzőkönyv, a jelen fejezet pedig az utóbb történt vizsgálatokat, felmerülő gondolatokat tartalmazza, dátummal kiegészítve.

7.1 Gondolatok a rotációs sebesség irányáról (2014.10.07)

A kézirat a radiális, és rotációs sebesség összetevők alatt a galaxis feltételezett középpontjából induló, és arra merőleges (tangenciális) koordináták szerinti irányokkal, valamint körpályával számolt. Ennek megfelelően adódtak a rotációs (100-200 km/s) és a távolodási (1 km/s) radiális sebességek. 

Amelyek azonban a további vizsgálatok alapján ellentmondtak a rendszer gyorsulási egyensúlyának. A távolabbi égitestek nagyságrenddel nagyobb radiális távolodási sebessége, és köztes iránya adódott, amire egyébként a spirálkarok végeinek növekvő távolsága is utal.

Ebből következik, hogy az árapály modell szerinti "rotációs sebesség- növekedés" csak részben tangenciális. A másik (nagyobb)  része radiális irányú, ami távolodást okoz. Vagyis az árapály elmélet szerint a két összetevő együtt tekinthető "rotációs sebességnek"- a galaxiskarok növekvő sebességgel távolodnak a középponttól (ez a tendencia egyébként a galaxis forgásának fékeződésekor meg is fordulhat).

Az ismertetett jelenség létezésére bizonyíték a Hold távolodása.

Más a helyzet a sötét anyag elmélettel...

Esetében már az is kérdéses, hogy a sötét anyag elmélet alapjául szolgáló mérés- feldolgozás, a mért "rotációs"  és a Kepler törvények szerinti sebességek összehasonlítása hogyan történt?

Egyáltalán: hogyan lehet alkalmazni Kepler törvényeket az olyan, dinamikus átalakulásban lévő galaxisokra, amelyek csillagkarjai éppen nyíló- vagy záródó félben vannak? Amelyek nem állandósult ellipszis pályán járják örökös táncukat valamely központi tömeg körül, hanem radiálisan tágulnak, vagy szétszakadozva összehúzódnak?

Ha az árapály általanos jellegéről elfeledkezünk, vagy nem akarjuk azt tudomásul venni, akkor tényleg nem marad más megoldás, csak a sötét anyag...

Amit könnyen kitalálható, elfogadható, elfogadtatható, azután pedig akár végtelen hosszú ideig vizsgálgatható.

De a legnagyobb tévedés az lesz, ha az árapályt ignoráló bizonyítást találnak rá!

 

 

 

Lábjegyzetek:

1 Például a geocetrikus, és a Clarke műholdpályák

2 A Tejút rendszerben a Saggitárius „A”

3 Mint a geostacioner, illetve Clarke pályák

4 Az USP energetikai „törő” kritérium is- a rajta tartósan keringő szilárd égitesteket szétrobbanthatja.

5 Kelvin- Helmholz tétel