Образование звезд - нужна мифическая темная материя

Звёзды не образуются сами по себе — для этого нужен «бог пробелов», тёмная материя

Без звёзд не было бы Вселенной.

Если смотреть на вопрос образования звезд с точки зрения стандартной физики, «тёмная материя» является основным компонентом этого процесса. Что такое «тёмная материя»? Это гипотетическая странная форма материи, неизвестная лабораторной физике, которая ни с чем не взаимодействует и не излучает никакого света, а значит, является невидимой для всех форм обнаружения в пределах электромагнитного спектра, от радиоволн до гамма-излучения. Следовательно, сама по себе «тёмная материя» находится за пределами стандартной физики. Это выдуманное вещество обладает якобы одним свойством – гравитацией, т.е. в отличие от обычной материи, оно является только источником притяжения.

Обнаружение «тёмной материи»

Рис. 1. Изображение тёмной материи, обнаруженной с помощью самых современных методов.

Была ли тёмная материя выявлена с помощью каких-либо прямых измерений, а не умозаключений, сделанных на основе изучения таких аномалий, как кривые вращения галактик, где движения звёзд и газов в рукавах спиральных галактик происходят не по законам Кеплера и принципам стандартной ньютоновской физики? Нет! 40 лет лабораторных исследований так и не обнаружили эту таинственную материю. И всё же считается, что этот «бог пробелов» существует. Более того, эта материя очень важна, иначе многие астрономические наблюдения не согласуются с наблюдениями, сделанными на основе стандартных законов физики. На Рисунке 1 изображена тёмная материя.

Физик-теоретик Мордехай Милгром предложил альтернативу тёмной материи – так называемую Модифицированную ньютоновскую динамику (МОНД). В ней он слегка изменил закон гравитации в масштабах галактик и таким образом решил проблему кривых вращения галактик и динамики галактик. В 2014 г. в одной из статей New Scientist¹ репортер Маркус Чоун спрашивает Милгрома:

«Почему настало время серьёзно рассмотреть альтернативу тёмной материи?»

Милгром ответил:

«Множество экспериментов по поиску тёмной материи, включая Большой адронный коллайдер, подпольные эксперименты и космические полёты, не смогли показать ничего убедительного. К тому же мы всё больше понимаем, что модель тёмной материи просто-напросто не работает. А ведь она предсказывает, что вокруг нашего Млечного пути должны существовать множество карликовых галактик».

Об этой проблеме я писал в статье Почему тёмная материя находится по всему космосу? Здесь же мы поговорим не о проблеме образовании галактик, а об образовании звёзд, хотя эти два вопроса тесно связаны друг с другом. Без звёзд не было бы и галактик.

Большие компьютерные модели Вселенной

BBC сообщает: «В лаборатории была воссоздана эволюция Вселенной».² Это история о международной команде исследователей, которые «…построили самую полную визуальную модель эволюции Вселенной». Для создания модели предполагаемой ранней Вселенной они использовали суперкомпьютер. Авторы показали, «как вокруг скоплений загадочного невидимого вещества, называемого тёмной материей, образовались первые галактики». На Рис. 2 показаны результаты их работы (в сравнении с реальной Вселенной). Результаты выглядят симпатично, не так ли? Может быть, они решили проблему происхождения Вселенной?

Рис. 2. Слева - фотография реальной Вселенной, сфотографированной с помощью телескопа Хаббла. Справа – то, что построила модель. См. ссылку 2.

Исследователи работали не в масштабах звёзд, а в крупных масштабах Вселенной и галактик. В статье говорится (выделенный шрифт добавлен):

«В самом начале мы видим, как нити загадочного материала, названного космологами «тёмной материей», расползаются подобно ветвям дерева через космическую пустоту. Спустя миллионы лет тёмная материя сгущается и образует зёрна, из которых появляются первые галактики».

В своей модели они вынуждены были использовать тёмную материю в качестве зёрен, иначе галактики не могли бы появиться. Профессор Карлос Френк из Даремского университета пишет (выделенный шрифт добавлен):

«Ваши звёзды и галактики могут выглядеть как настоящие, но самое главное – тёмная материя».

Без этого неизвестного «бога пробелов» вы просто не можете построить модель, которая имела бы вид настоящей Вселенной. Да и известные законы физики не позволят этого сделать. Д-р Вогелсбергер из Массачусетского технологического института сказал (выделенный шрифт добавлен):

«Если вы не вставите в свою модель тёмную материю, это будет модель ненастоящей Вселенной».

Космолог д-р Робин Кетчпоул из института астрономии в Кембридже отзывается о модели с ноткой осторожности.

Хотя он и называет модель «впечатляющей», он говорит, что нельзя верить ей только потому, что она красиво выглядит. Мы можем смотреть на то, что выглядит как «галактики», но на самом деле не имеет ничего общего с физическими законами образования галактик.

Необходимый компонент для образования звёзд

Как отметил профессор Карлос Фрэнк,² «тёмная материя является важным компонентом процесса образования звёзд», и, конечно же, он считает, что это происходит только с помощью известных законов физики.

Видимая Вселенная содержит примерно 10¹¹ галактик. Эти галактики вмещают в среднем около 10¹¹ звёзд, что, в общем, равно 10²² звёзд. Учитывая такое огромное число звёзд, их образование, конечно же, очень важно для Вселенной. Без звёзд её бы просто не было! Однако с точки зрения секулярной науки теоретическое понимание звёздообразования довольно слабо, но теоретики верят, что ситуация изменится к лучшему. В попытке воссоздать прошлое ранней Вселенной и появления звёзд они упорно исследуют и строят модели.

Основная трудность, с которой сталкиваются учёные-космологи, заключается в моделировании физических процессов образования, включая гравитацию, динамику высокотурбулентных газов, магнитные поля, радиацию, химию молекул и пыли. Вопрос образования звёзд связан с огромным временем и расстоянием, что особенно усложняет создание моделей даже с помощью сверхмощных компьютеров.

Рис. 3. История образования звёзд (Источник: Spitzer Science Center. См. ссылку 3.).

Сегодня тёмная материя является неотъемлемым компонентом всех моделей, пытающихся объяснить образование звёзд. Это связано с тем, что как только гипотетическое облако из газообразного водорода сжимается до определенного размера, оно достигает гидродинамического равновесия. Это означает, что давящая на облако внешняя сила (скопившееся давление нагретого сжатого облака) равна внутренней силе (взаимное гравитационное притяжение всего вещества облака). После этого больше ничего не сжимается, если только не происходит что-то, что преодолевает это предельное состояние.

Возможно, вы слышали выражение «система с вириализацией». В такой системе между кинетической энергией и гравитационной потенциальной энергией облака возникает равновесие. После того как облако достигает этого состояния, в нём больше не могут происходить никакие изменения. Они возможны только в том случае, если энергия выходит из облака и охлаждает его (что может происходить бесконечно), а также, если плотность материи ниже значения, при котором охлаждение невозможно. Преодолеть это состояние можно только, если допустить другую, более тёмную, материю. Это объясняет утверждение, что спиральные галактики на 85% состоят из тёмной материи.

Любое первобытное газовое облако, состоящее из водорода, является продуктом предполагаемого большого взрыва Вселенной, при котором в результате ядерного синтеза образовался водород, гелий и немного лития.³ Согласно этому сценарию примерно через 3 - 20 минут после взрыва температура огненного шара упала до уровня, на котором синтез больше не мог происходить.

Изначально химические вещества (H, He) находились в форме горячей плазмы, но спустя примерно 380000 лет плазма настолько охладилась, что электроны повторно соединились с протонами и другими ядрами и образовали газ из водорода и гелия. Считается, что спустя миллиарды лет именно из этого газа и сформировались первые звёзды.⁴ Но! Нам не известно ни одного закона природы (физики), по которому могло происходить бы образование первых звезд из первобытного газового облака.

На Рисунке 3 показан предполагаемый процесс формирования звезды. Однако обратите внимание, что модель (Рис.3 (a)) начинается с плотного ядра, с которым далее происходит гравитационный коллапс (Рис. 3 (b)). Но ведь в самом начале должно было быть еще «что-то», иначе ничего не могло бы произойти.

Неустойчивость Джинса

Отсутствие этого «что-то» нарушает всю фундаментальную физику. Если его нет, необходимо каким-то образом преодолеть неустойчивость Джинса⁵ – облако должно либо сжаться, либо охладиться. Но даже если эта граница и преодолена, начинает действовать гравитация. Она продолжает сжимать облако и в результате образуется протозвезда (Рис. 3(c)). Но без механизма преодоления этого природного ограничения, облако продолжает нагреваться, что не дает ему сжаться, и в конечном итоге наступает равновесие.

Когда строятся компьютерные модели образования звезд, программа обычно начинается с повышенной плотности. Предполагается, что масса Джинса уже достигнута. Граница не является проблемой потому, что модель оставляет момент её преодоления в прошлом (как показано на Рис. 3(a) и (b)). Масса Джинса равна Kρ^–1/2 T^3/2, где K - константа, ρ – плотность облака, а T – абсолютная температура.

Вселенная, где отсутствуют звёзды, а есть только водород, гелий и известные законы физики, - не та Вселенная, в которой мы живём. С точки зрения природы есть только три возможных условия, при которых граница Джинса могла бы быть преодолена и могли бы образоваться звёзды.

Облако должно охладиться. Так оно будет продолжать сжиматься и увеличивать свою плотность (ρ). И если охлаждению дать достаточно времени, можно надеяться, что неустойчивость Джинса будет преодолена;
Для преодоления неустойчивости Джинса облако должно быть сжато с помощью магнитных полей (как в токамаке).⁶Это удержит горячую плазму или некие внешние силы, например, сверхновые звёзды. Облако сожмется, и неустойчивость Джинса будет преодолена;
На облако может действовать какое-то необычное вещество, которое не подчиняется обычным законам термодинамики. Оно не взаимодействует с нормальным веществом, а поэтому дополнительно гравитационно действует на облако, но при этом его не подогревает. Таким образом, это вещество используется как для того, чтобы решить проблему состояния равновесия, достигнутого в облаке, так и для того, чтобы удержать его от дальнейшего разрушения и не дать образоваться звезде.

Кто-то из космологов предположил, что газовое облако могло сжиматься из-за взрыва близлежащей сверхновой звезды. Была даже выдвинута гипотеза, что наше Солнце образовалось из останков взрыва сверхновой звезды. Ударные волны образуются направленными наружу взрывными волнами. На Рисунке 4 показано, как горячая плазма (т.н. «космический жемчуг») направляется наружу из источника центрального взрыва. Но идея ударных волн сверхновой звезды, которые должны сжимать газовое облако, представляет собой проблему «курица или яйцо», а значит, вряд ли может рассматриваться как объяснение появления после предполагаемого большого взрыва первых звёзд, т.е. звёзд III популяции.

Рис. 4. Космический жемчуг сверхновой звезды SN1987A.

Фото: Чаллис П., Кершнер Р. и Шугерман. Б., НАСА

Космологи не забыли и о магнитных полях газового облака. Но эти поля не только не способны пролить свет на вопрос происхождения звезд, но и являются помехой для разрушения облака. Коллапс возможен только в том случае, если облако удалит магнитные поля, рассеяв ионы, которые их переносят. Главной надеждой образующихся звёзд остаются каналы охлаждения через инфракрасное излучение молекулярного водорода. Однако это требует огромных периодов времени, поэтому модели начинаются со смеси из тёмной материи и водорода (нормальной материи). Итак, объяснить образование звёзд, не прибегнув к помощи предполагаемой тёмной материи, независимо от того, сколько сотен миллионов лет прошло, просто невозможно. Физика звёздообразования остается неразгаданной.

Авторы статьи в Scientific American с заголовком «Первые звёзды Вселенной»⁷ (выделенный шрифт добавлен) пишут:

Это охлаждение играет в первичной системе важную роль. Оно необходимо для того, чтобы нормальная материя могла отделиться от тёмной материи. Охлаждающий водород должен был принять форму плоской вращающейся структуры, которая была комковатой и нитеобразной, а возможно имела форму диска. Но поскольку частицы тёмной материи не излучали радиацию и не теряли энергию, они так и оставались разбросанными в первичном облаке. Таким образом, эта система напоминала миниатюрную галактику, состоящую из диска из обычной материи и ореола из тёмной материи. Самые плотные скопления газа внутри диска продолжали сжиматься и, в конце концов, произошел их коллапс, в результате чего они превратились в звёзды.

А вот, что было написано сверху на чертеже, на котором изображено предполагаемое образования первых звёзд и галактик:

ПЕРВОБЫТНЫЙ БЕСПОРЯДОК Процесс, который привёл к образованию первых звёзд, сильно отличался от того, как образуются звёзды сегодня. Гибель некоторых звёзд подготовила почву для появления той Вселенной, которую мы видим сегодня.

На Рисунке 5 я изобразил протогалактику, состоящую из тёмной материи и обычной материи (газообразный водород).

Рис. 5. См. ссылку 7, с. 8. «Первые звёздообразующие системы, маленькие протогалактики, в основном состояли из элементарных частиц, известных как тёмная материя (красным цветом). Обычная материя — в основном это был газообразный водород (синим цветом) — изначально была смешана с тёмной материей» (текст в оригинале).

Тёмная материя выступает здесь в роли «бога пробелов». Она используется для преодоления фундаментальной физики, которая препятствует коллапсу облака и превращения его в звезду. Кстати, считается, что большинство первых протогалактик⁸ состояли из тёмной материи (неизвестного типа элементарных частиц⁹). Для достижения желаемого результата тёмная материя наделяется всеми необходимыми качествами. Она не излучает радиацию, т.е. её невозможно увидеть обычными методами электромагнитного обнаружения. Она не теряет энергию, потому что не взаимодействует с частицами нормальной материи. Этот бог «притягивает», образуя настолько сильную гравитацию, что она преодолевает сопротивление давления горячего газа в облаке, в результате чего водород разрушается и превращается в звезды. Ну что сказать? Сказка чистой воды!

Более того, принято считать, что звёзды продолжают образовываться сегодня там, где отсутствуют такие внешние силы, как, например, ударные волны, исходящие от находящейся поблизости сверхновой звезды. Большинство звёзд предположительно образуется в «волнах плотности» в рукавах спиральных галактик. Они являются следствием гравитации, возникающей в результате взаимодействий огромного количества звёзд, газа и пыли, которые вращаются в гравитационной яме галактики. См. Рис. 6.

Давайте разберёмся. Во-первых, даже если допустить, что существующий в рукавах спиральных галактик материал м дал необходимый потенциал гравитационной ямы, заставивший газовые облака разрушиться и превратиться в звёзды, это не решает проблему появления первых звёзд. Во-вторых, аргумент, о котором идёт речь, т.е. «волны плотности», — это всего лишь теория, которая используется для поддержки образования спиральной структуры рукава. К тому же эта теория имеет те же самые проблемы, что и большинство теорий астрофизики, - ей тоже нужна тёмная материя. Аномальные кривые вращения звёзд и газов в областях диска предположительно указывают на то, что тёмная материя находится в ореоле вокруг галактики и везде, кроме её центра – месте, где она, по идее, должна быть. Но она там и не нужна, ведь её не видно! Её существование лишь допускается для того, чтобы решить проблему движения звёзд.

Для того чтобы звёзды появлялись природным путем кто-то должен был придумать это неизвестное вещество — тёмную материю.

Космологи используют теорию «волн плотности» еще и для того, чтобы объяснить каким образом галактика могла появиться 10 млрд. лет назад и иметь в своей спиральной структуре всего лишь одну или два витка, если при периоде вращения в 200 млн. лет она должна иметь в своей спиральной структуре 50 витков. Астрономы иногда называют это «проблемой скручивания» спиральных рукавов. Проблема в том, что внутренние части дисков этих галактик вращаются быстрее, чем их внешние части. Галактики – это не твёрдые тела и по мере того как они вращаются, они должны скручиваться так, что каждые 10 млрд. лет их предполагаемой жизни их спиральная структура должна разрушаться. Этот последний факт библейские креационисты уже давно используют в качестве доказательства молодости нашей Вселенной. В действительности галактики были сотворены почти такими, какими мы видим их сегодня, так что никакой «проблемы скручивания» нет.

Рис. 6. Галактика Боде и выделение из облаков газообразного водорода (розовым цветом). Считается, что в этих областях спиральных рукавов образуются звёзды.

Вот такая история и это только её небольшая часть. Что же мы видим на самом деле? Видим ли мы в этих галактиках газовые облака, которые превращаются в звёзды? Нет! Интенсивные излучения указывают астрономам на активные молодые новые звёзды, поэтому они и «фиксируют» области, в которых якобы образуются звёзды. Но сами яркие излучения от горячего газообразного водорода не говорят о том, как образуются звёзды. Любая библейская модель должна объяснить появление, как первых звёзд, так и всех звёзд вообще, но поскольку в Бытие мы читаем о том, что Бог сотворил звёзды на 4-й день, то мы знаем, что первые звёзды были созданы в тот день Богом, и это было сверхъестественное событие. А поскольку проблема границы Джинса всё равно остается, вряд ли многие звезды могли появиться после 4-го дня недели Сотворения.

Заключение

Для того чтобы звёзды появлялись природным путем кто-то должен был придумать это неизвестное вещество — тёмную материю, «бога пробелов», которая при этом должна была обладать всеми необходимыми свойствами. Нет тёмной материи – нет и звёзд!

«Зачем же придумывать это никому не известное вещество?», - спросите вы. Тёмная материя используется как спасательный круг для решения проблем во многих областях астрофизики и космологии. Точнее говоря, зачем придумывать «бога», преодолевающего действие установленных законов, чтобы объяснить образование звёзд? Может всё дело в том, что если астрономы её не придумают, они вынуждены будут признать, что материализм не работает, и что во Вселенной существует нечто больше, чем водород, гелий, тяжелые элементы, магнитные поля, излучение и законы физики?

Ссылки и примечания

Чоун M., Забудьте о тёмной материи — вместо этого примите мою теорию MOND //New Scientist 222(2967):26–27, 3 May
Гош П., Эволюция Вселенной, воссозданная в лаборатории, bbc.com, 7 May
Физика Вселенной, physicsoftheuniverse.com, доступно с 02 июля 2015.

Они называются звёздами III популяции, звёзды с низким содержанием металлов (где металл означает любой элемент, где атомное число больше чем гелий). Невозможность их обнаружения долгое время считалась огромной проблемой большого взрыва. По прогнозам первые звёзд III популяции образовались при красном смещении примерно z = 10-30. Космологи надеются, что космический телескоп имени Джеймса Уэбба, предположительно планируемый к запуску в 2018 г., сможет обнаружить несколько первых галактик, но вряд ли он сможет выявить первые звёзды, т.е. звёзды III популяции. На самом деле все видимые звёзды, даже в изображении небольшого региона космоса, составленного из данных, полученных космическим телескопом «Хаббл», не являются звёздами III популяции.

Гравитационная неустойчивость, wikipedia.org, доступно с 02 июля 2015 г.
Токамак, wikipedia.org, доступно с 01 июля 2015 г.
Ларсон Р.Б. и Бромм В., Первые звёзды Вселенной, специальный выпуск, «Тайны жизни звёзд» //Scientific American 14(4):7-9, 2004.
Ссылка 7, с. 8.
Хартнетт Д.Г.,Тёмная материя и стандартная модель физики частиц — поиски «во тьме», сентябрь 2014 г.; creation.com/dark-search.