На образование звезд нужен «бог пробелов» — темная материя

Автор: Др. Джон Харнет (англ. John G. Hartnett)
Источник: creation.com 
Перевод: Мария Лицкан
Редактура: Владимир Силенок, Анна Никитина

Если смотреть на вопрос образования звезд с точки зрения стандартной физики, то «тёмная материя» является основным компонентом этого процесса. «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 способов обнаружения в пределах электромагнитного спектра, от радиоволн до гамма-излучения.  Следовательно, сама по себе «тёмная материя» находится за пределами стандартной известной 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 обнаружена с помощью каких-либо прямых измерений? Не из 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 помогли обнаружить 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 и динамики галактик.  В 2014 г. в одной из статей New Scientist^[1] репортер Маркус Чоун спрашивает Милгрома:

«Почему настало время серьезно рассматривать альтернативу тёмной материи?»

Милгром ответил:

«Множество экспериментов по поиску тёмной материи, включая Большой адронный коллайдер, подземные эксперименты и несколько космических миссий, не смогли обнаружить ничего убедительного. Все это добавляет еще  больше к растущему осознанию того, что ведущая теория темной материи имеет свои недостатки. Кроме всего этого, она предсказывает, что вокруг нашего Млечного пути должно существовать намного больше  карликовых галактик, чем это есть на самом деле».

О последней проблеме я писал в своей статье Why is Dark Matter everywhere in the cosmos?  Здесь же мы поговорим не о проблеме образования галактик, а об образовании звёзд, хотя эти два вопроса тесно связаны друг с другом. Без звёзд не было бы и галактик. Но прежде чем мы дойдем до этого, давайте рассмотрим следующее.

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 очень хорошо, не так ли? Может быть, они решили проблему происхождения Вселенной?

Рис. 2. Слева — фотография реальной Вселенной, сделанная с помощью телескопа Хаббла. Справа – конечные данные симуляции. См. ссылку 2

Исследователи работали не в масштабах звёзд, а в крупных масштабах Вселенной и галактик. В статье говорится (выделенным шрифтом обозначены  добавления):

«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 (Prof Carlos Frenk) из Даремского университета пишет (выделенный шрифт — добавления):

«Звёзды и галактики могут быть смоделированы, чтобы выглядеть, как настоящие. Но именно темная материя является самым главным».

Без этого неизвестного «бога пробелов» просто невозможно построить модель, которая бы даже отдаленно напоминала настоящую Вселенную.  Известные законы физики не позволят этого сделать. Д-р Вогелсбергер (Dr Vogelsberger) из Массачусетского технологического института сказал (выделенный шрифт —  добавления):

«Если вы не вместите в симуляцию тёмную материю, то симуляция не будет похожей на настоящую вселенную».

Космолог д-р Робин Кечпул (Dr Robin Catchpole) из института астрономии в Кембридже отзывается о модели с ноткой осторожности (выделение добавлено):

«Хотя он и назвал спекуляции «впечатляющими», он добавляет, что нельзя верить им только потому, что они красиво выглядят.  Можно получить подобные галактики способом, который не имеет много общего с тем, как появились галактики».

Необходимый компонент для образования звёзд

Как отметил профессор Карлос Фрэнк в выше цитируемой статье,^[2] тёмная материя является важным компонентом процесса образования звезд, и когда он говорит о естественных процессах, то он говорит об известных законах физики.

Видимая Вселенная содержит примерно 10¹¹ галактик. Эти галактики вмещают в среднем около 10¹¹ звёзд, что в общем, равно 10²² звёзд. С учетом такого огромного числа звёзд их образование, конечно же, является фундаментальным 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 благодаря продолжительному исследованию посредством компьютерных симуляций, пытающихся реконструировать прошлое вселенной и формирование звезд.

Основная трудность заключена в моделировании физических процессов образования звезд,  которое включает в себе гравитацию, динамику высокотурбулентных газов, магнитные поля, радиацию, молекулярную и пылевую химию. Вопрос образования звёзд связан с огромным диапазоном расстояний и временных промежутков, 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 симуляций, пытающихся объяснить образование звёзд. Это связано с тем, что как только гипотетическое облако из газообразного водорода конденсируется до определенного размера, то оно достигает гидродинамического равновесия. То есть давящая сила, направленная извне и вызванная собравшимся давлением, связанным с нагреванием сжатого облака, равна силе, направленной внутрь и вызванной общим гравитационным притяжением всех молекул облака. После этого никакого сжатия не может произойти, разве что что-либо еще будет взаимодействовать с системой, чтобы добавить давление извне.

Возможно, вы слышали выражение «система с вириализацией». В такой системе между кинетической энергией и гравитационной потенциальной энергией облака достигнуто 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 неизвестный период времени, а также если плотность материи ниже значения, при котором охлаждение невозможно. Преодолеть это состояние можно только если допустить, что в начале было больше темной материи, чем обычной. 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 380 000 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 — и это большое НО — нам не известно ни одного закона природы (физики), по которому могло бы происходить  образование первых звезд из первобытного газового облака.

На Рисунке 3 показан предполагаемый процесс формирования звезды.  Однако обратите внимание, что симуляция (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

Без этого «чего-то» фундаментальная физика должна быть  нарушена. Или неустойчивость Джинса должна быть преодолена  посредством компрессии или охлаждения облака.  Однако если эта граница будет преодолена, то гравитация пересилит (Рис. 3(b)) и сожмет звезду дальше, сформировав протозвезду (Рис. 3(с)). Но без механизма преодоления этого естественного ограничения облако продолжает нагреваться, что не предотвратит дальнейшее сжатие и приведет к равновесию.

Когда строятся компьютерные симуляции образования звезд, то 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 материализма есть только три возможных условия, при которых решается эта проблема.

1. 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;

2. Для преодоления неустойчивости Джинса облако должно быть сжато с помощью магнитных полей (как в токамаке), которые сжали бы горячую плазму, или неких внешних сил.  Так, например, сверхновые звезды могли бы привести к преодолению неустойчивости Джинса;

3. 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 сжаться из-за взрыва близлежащей сверхновой. Была даже выдвинута гипотеза, что наше Солнце образовалось из останков взрыва сверхновой.  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: P. Challis, R. Kirshner (CfA), and B. Sugerman (STScI), NASA)

Магнитные поля в газовом облаке также были исследованы. Но эти поля не только не способны пролить свет на вопрос происхождения звезд, но и являются помехой для коллапса облака, который возможен только в том случае, если удалить магнитные поля, рассеяв ионы, которые их переносят.  Главной надеждой образующихся звёзд остаются каналы охлаждения посредством инфракрасного излучения молекулярного водорода. Однако это требует огромных периодов времени, поэтому модели начинаются со смеси из тёмной материи и водорода (обычной материи). Итак, объяснить формирование звёзд, не прибегнув к помощи предполагаемой тёмной материи, независимо от того, сколько сотен миллионов лет прошло, просто невозможно. Физика все так же остается проблемой.

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 обычная 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 над картинками, на которых было 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.

Все это изображено на рисунке 5 (скопированным), на котором изображена протогалактика, состоящая из тёмной материи и обычной материи (газообразный водород).

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

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 протогалактик^[8] состояло из тёмной материи (неизвестного типа элементарных частиц^[9]). Для достижения желаемого результата тёмная материя наделяется всеми необходимыми качествами. Она не излучает радиацию, т.е. её невозможно обнаружить обычными методами электромагнитного обнаружения. Она не теряет энергию, потому что не взаимодействует с частицами обычной материи.  Это — «бог», который притягивает, образуя  настолько сильную гравитацию, что она преодолевает сопротивление давления горячего газа в облаке, в результате чего водород коллапсирует и превращается в звезды.  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. Большинство звёзд предположительно образуется в «волнах плотности» в рукавах спиральных галактик, которые являются гравитационным эффектом, возникающим в результате взаимодествий огромного количества звёзд, газа и пыли, которые вращаются в потенциальной гравитационной яме галактики. См. Рис. 6.

Давайте разберёмся. Во-первых, даже если допустить, что существующий в рукавах спиральных галактик материал дал необходимый потенциал гравитационной ямы,  заставившей газовые облака сжаться и превратиться в звёзды, то 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.

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 через 10 млрд. лет их предполагаемой жизни спиральная структура должна разрушиться. 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.

Поэтому все это — часть одной большой сказки. 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 неустойчивости Джинса всё равно остается, вряд ли многие звезды могли появиться после 4-го дня недели Сотворения.

Заключение

Для того, чтобы звёзды появлялись природным путем, нужно выдумать неизвестное вещество — тёмную материю, «бога пробелов», которая при этом должна обладать всеми необходимыми свойствами. Без нее это не может происходить!

Но зачем же придумывать это никому не известное вещество? Тёмная материя используется, как спасательный круг, для решения проблем во многих областях астрофизики и космологии. Точнее говоря, зачем придумывать «бога», чтобы преодолеть  известные нам законы природы, чтобы объяснить образование звёзд? Может, всё дело в том, что если астрономы её не придумают, то 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

1. Chown, M., Forget dark matter—embrace my MOND theory instead, New Scientist 222(2967):26–27, 3 May 2014.
2. Ghosh, P., Universe evolution recreated in lab, bbc.com, 7 May 2014.
3. The physics of the universe, physicsoftheuniverse.com, accessed 2 July 2015.
4. Они называются звёздами III популяции, звёзды с низким содержанием металлов (где металл означает любой элемент, где атомное число больше чем гелий). Их отсутствие долгое время считается огромной проблемой большого взрыва. По прогнозам, первые звёзды 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.
5. Jeans instability, wikipedia.org, accessed 2 July 2015.
6. Tokamak, wikipedia.org, accessed 01 July 2015.
7. Larson, R.B., and Bromm, V., The First Stars in the Universe, Special Edition, “The Secret Life of Stars”, Scientific American 14(4):7-9, 2004.
8. Ref. 7, p. 8.
9. Hartnett, J.G., Dark Matter and the Standard Model of particle physics—a search in the ‘Dark’, September 2014; creation.com/dark-search.