<< 1. Epoha Lindblada | Oglavlenie | 3. Teoriya Linya >>

Razdely

• 2.1. Regenerativnye spirali Linden-Bella
• 2.2. Entuziazm MIT
• 2.3. Gravitacionnaya ustoichivost' ploskih sistem
• 2.4. Kalnais v poiske spiral'nyh mod

---

2. Na grebne novoi volny

2.1. Regenerativnye spirali Linden-Bella

V 1960 g. Linden-Bell predstavil dissertaciyu "Zvezdnaya i galakticheskaya dinamika" [89], v kotoroi rassmotrel ryad obshih voprosov zvezdnoi dinamiki i ergodicheskoi teorii. Otdel'naya ee chast' - "kosmogonicheskaya dinamika gaza" - byla posvyashena probleme spiral'noi struktury. V nei konstatirovalos', chto "rukava - eto prezhde vsego sosredotochenie gaza i pyli" (vvidu otsutstviya kotoryh v linzovidnyh galaktikah "spiral'naya struktura obrazovyvat'sya uzhe ne mozhet"), i perspektivnym poetomu videlsya kosmogonicheskii podhod, no pri uslovii otkaza ot klassicheskoi shemy Dzhinsa kak sovershenno neprigodnoi v usloviyah differencial'nogo vrasheniya.

"Predstavlyaetsya nevozmozhnym, chtoby protogalakticheskii gaz vrashalsya odnorodno na stadii obrazovaniya zvezd. Veroyatno, kogda pervichnyi gaz razbivalsya na sgusheniya [protogalaktiki], kazhdyi zhidkii element stremilsya sohranit' svoi moment vrasheniya okolo centra mestnogo sgusheniya. V rezul'tate dostigalos' sostoyanie ravnovesiya, v kotorom centrobezhnaya i gravitacionnaya sily prakticheski kompensirovali drug druga, a davlenie glavnym obrazom prepyatstvovalo obrazovaniyu slishkom tonkoi sistemy" [89].

Linden-Bell rassmotrel realistichnye ravnovesnye konfiguracii nevyazkoi gazovoi sistemy i vyvel "energeticheskii princip, kotoryi dolzhen stat' moshnym sredstvom opredeleniya ravnovesii na komp'yutere". Po dostizhenii odnogo iz ravnovesnyh sostoyanii sistema vstupaet v etap vekovoi evolyucii. "Ee budet opredelyat' ne szhatie, svyazannoe s izlucheniem energii, kak u Dzhinsa, a perenos uglovogo momenta, obuslovlennyi treniem". Sistema "dolzhna i) sobrat' moment v ochen' maloi chasti svoei massy i ii) perevesti ostavshuyusya massu v bolee plotnoe sostoyanie, podderzhivaemoe odnorodnym vrasheniem ili davleniem, - v sootvetstvii s dannymi po solnechnoi sisteme i galaktikam". "Takim obrazom, nam sleduet ozhidat' vozniknoveniya odnorodno vrashayushegosya central'nogo sgusheniya, okruzhennogo differencial'no vrashayushimsya diskom" [89].

Imenno s takim diskom gaza Linden-Bell sootnes vozmozhnost' spiraleobrazovaniya. V sdvigovoi deformacii - pryamoi ugroze lyuboi voznikayushei strukture - on, v otlichie ot bol'shinstva drugih issledovatelei, videl ne antagonista "dilemmy sohranyaemosti" spiral'nyh rukavov, a faktor ih ciklicheskogo vosproizvodstva, obuslovlennogo gravitacionnoi neustoichivost'yu gazovoi komponenty v edinom zvezdno-gazovom diske galaktik (zvezdnoe naselenie, po Linden-Bellu, obespechivalo ravnovesie sistemy gaza, no v obshei kollektivnoi dinamike ne uchastvovalo). V takoi postanovke zadacha predpolagala polnyi analiz ustoichivosti v usloviyah differencial'nogo vrasheniya, chto bylo nevypolnimo tehnicheski. Poetomu, za neimeniem luchshego, byli ispol'zovany metody, kotorye Frike primenyal k modeli gazovogo sloya s [64]. Eto privelo k neobhodimomu i dostatochnomu usloviyu dzhinsovskoi ustoichivosti ,  ³⁶ a takzhe opredelilo inkrement neustoichivosti kak velichinu . Naibolee vazhnoi - spadayushei k centru i k krayu diska, dlinnovolnovoi i potomu bystrorastushei - stanovilas' moda pri . Eto po suti byla lindbladovskaya bar-moda (sm. ris. 2) s dvumya sgusheniyami po raznye storony ot centra na rasstoyanii  kpk, ona opredelyala nachal'nuyu stadiyu neustoichivosti. Poka plotnost' vozmusheniya narastala v raz, vrashenie povorachivalo modu na 180^o (pri . No sdvigovye dvizheniya (v analize ustoichivosti neuchtennye) za eto vremya uspevali zakrutit' ee v polnyi vitok spirali. Eto oznachalo umen'shenie dliny volny, i, kak ozhidalos', dolzhno bylo vyzyvat' umen'shenie i ustranenie neustoichivosti; rukava spirali v takom sluchae rassasyvalis', i vosstanavlivalsya "sloi, s kotorogo my nachinali", tak chto ves' process mog povtoryat'sya. Odnako bolee tshatel'nyi analiz podtverdil zavisimost' ot tol'ko "dlya sistem, ochen' blizkih k ustoichivosti". Takoe uslovie bylo "slishkom chuvstvitel'nym dlya ob'yasneniya vsego mnogoobraziya spiralei", ono ne moglo vypolnyat'sya povsemestno, "v lyuboi chasti nablyudaemyh spiral'nyh rukavov". Sledovatel'no, zaklyuchil sam avtor, ego regenerativnaya teoriya v predlozhennom vide "neprimenima" [89].

Deistvitel'no, polagayas' v svoih regenerativnyh nachinaniyah na sdvigovye effekty, Linden-Bell po suti prosto nalozhil poslednie na samosoglasovannuyu dinamiku tverdotel'no vrashayushegosya diska. Vozmozhnye dinamicheskie - kollektivnye - proyavleniya sdvigovogo diska avtomaticheski okazyvalis' pri etom vne rassmotreniya. I vse zhe pessimizm Linden-Bella byl chrezmernym. Kak v rezul'tate vyyasnilos', ego regenerativnye idei soderzhali nemaluyu dolyu istiny. No vse eto prishlo ne srazu i ne po pryamoi doroge, potomu chto, kak my uvidim v sleduyushem razdele, staraya ideya ustanovivshihsya spiral'nyh mod vot-vot byla gotova byla vyzvat' novyi vzryv entuziazma.

2.2. Entuziazm MIT

Czya-Czyao Lin' astronomom ne byl. S dovoennogo vremeni predmet ego issledovanii sostavlyali techeniya zhidkostei. K nachalu 60-h gg. on imel bolee 60 publikacii, monografiyu po teorii gidrodinamicheskih neustoichivostei [90], mirovuyu izvestnost' eksperta po prikladnym naukam i dolzhnyi avtoritet na otdelenii matematiki Massachusetsskogo tehnologicheskogo instituta (MIT), gde on rabotal s 1947 g. Tem ne menee, opredelennoe otnoshenie k astronomii u Linya bylo. K rabotam Chandrasekara, matematicheskoi strogost'yu kotoryh on voshishalsya, k issledovaniyam M.Shvarcshil'da po fizike zvezd, k morfologicheskomu metodu Cviki. S 1961 g. etot interes stal zhiznenno vazhnoi neobhodimost'yu. Vesnoi togo goda Lin' priehal v Prinston k Stremgrenu (dlya obsuzhdeniya s nim svoih narabotok po zhidkomu geliyu v kontekste stroeniya zvezd [91,92]), i tam on prinyal uchastie v uzhe izvestnoi nam konferencii po mezhzvezdnoi srede. Oznakomivshis' s tekushei situaciei v izuchenii galaktik, on proniksya zhivym interesom k probleme sohranyaemosti ih spiral'nyh form³⁷.

Po vozvrashenii v MIT Lin' peredal svoi galakticheskii entuziazm molodym sotrudnikam Hanteru i Tomre³⁸. Dlya operativnogo znakomstva s tekushei periodikoi byla sozdana "gruppa chteniya"³⁹, v atmosfere druzhelyubnoi obshitel'nosti" [85] prohodili chastye diskussii i organizovannye Linem rabochie vizity Volt'era i Lyusta⁴⁰; na otdelenie byl prinyat Lebovic⁴¹. V 1962 g. k Linyu dlya vypolneniya kursovoi raboty prishel student Shu⁴², a Hanter i Tomre, ch'i kontrakty zavkonchilis', uehali: odin nazad v Kembridzh, drugoi v Prinston; v 1963 g. vyshli ih pervye raboty.

Debyut Tomre i Hantera v dinamike galaktik byl svyazan s nasushnoi zadachei, uzhe postavlennoi, no ne reshennoi skol'ko-nibud' osnovatel'no [95,96]: kak sootnesti empiricheskie krivye vrasheniya galaktik s ravnovesnym raspredeleniem v nih massy? Tomre [97] razvil obshii matematicheskii metod resheniya zadachi i dlya modeli beskonechno tonkogo diska poluchil seriyu reshenii, nyne izvestnyh kak modeli Tomre n-go poryadka [102, c. 44]⁴³ Hanter [99], reshaya zadachu v inoi approksimacii tonkogo diska, poluchil druguyu seriyu tochnyh reshenii. Samoi prostoi v nei okazalas' horosho izvestnaya model' tverdotel'no vrashayushegosya diska s profilem poverhnostnoi plotnosti . Tol'ko ona pozvolyala issledovat' ustoichivost' ravnovesiya analiticheski, i Hanter vypolnil etu zadachu, dokazav "s pomosh'yu ruchki, bumagi i polinomov Lezhandra" [30, c. 464], chto holodnyi disk takogo tipa neustoichiv po otnosheniyu k celomu naboru osesimmetrichnyh i neosesimmetrichnyh kolebatel'nyh mod.⁴⁴. Eti dve raboty Tomre i Hantera prolozhili dorogu dal'neishim issledovaniyam kinematicheskih modelei i global'noi dinamiki ploskih zvezdnyh sistem.

2.3. Gravitacionnaya ustoichivost' ploskih sistem

Kak my pomnim, Safronov uzhe stavil vopros o gravitacionnoi neustoichivosti ploskih vrashayushihsya gazovyh sistem, imeya v vidu razbienie protoplanetnogo oblaka na otdel'nye kol'ca. Tomre v 1961 g. obratilsya k blizkoi po suti, no protivopolozhnoi po napravlennosti, zadache i k letu 1963 g. podgotovil stat'yu "O gravitacionnoi ustoichivosti diska zvezd" ([101], v dal'neishem T64)⁴⁵.

Rabota nachinalas' s obshego predstavleniya problemy, kakovoi ona togda videlas':

"Fakt izvestnyh neustoichivostei sferoidov Maklorena, vrashatel'noe szhatie kotoryh prevyshaet opredelennoe - ves'ma umerennoe - znachenie, navodit na mysl' o vozmozhnosti neustoichivosti i v drugih sluchayah vrashayushihsya samogravitiruyushih sistem pri dostatochnoi stepeni ih splyusnutosti. Vo vsyakom sluchae, ob etih neustoichivostyah chasto govoryat kak o veroyatnoi prichine nenablyudaemosti sil'no splyusnutyh ellipticheskih galaktik. I tol'ko kogda my obrashaemsya k rassmotreniyu haraktera raspredelenii vseh - za isklyucheniem samyh molodyh - zvezd v diskah obychnyh (bez peremychek) spiral'nyh galaktik, etot klassicheskii rezul'tat privodit k ser'eznoi dilemme : kak ob'yasnit' to, chto, nesmotrya na eti ili analogichnye im neustoichivosti, stol' bol'shaya chast' zvezdnoi materii v takih galaktikah - i, ochevidno, v S0-galaktikah - raspredelena seichas sravnitel'no plavno v diskah so stepen'yu szhatiya primerno 10:1?" [101, s. 1217]

Detal'nomu izucheniyu problemy byl predposlan pervichnyi, kachestvennyi analiz ustoichivosti.

Tonkii holodnyi disk, nahodyashiisya v primernom ravnovesii mezhdu gravitacionnoi i centrobezhnoi silami, deistvuyushimi na lyuboi element massy, uderzhivaetsya ot obshego szhatiya, no ne ot fragmentacii. Melkomasshtabnye sgusheniya, povsemestno obrazuyushiesya v takom diske, kollapsiruyut, poskol'ku izbytok ih gravitacii prevoshodit izbytok vrasheniya. No na bol'shih masshtabah oni ne idut, potomu chto sootnoshenie teh zhe dvuh faktorov stanovitsya obratnym. Kriticheskii masshtab , razdelyayushii ustoichivyi i neustoichivyi rezhimy, okazyvaetsya poryadka radiusa diska . Eto znachit, chto holodnyi disk, kakoi by konkretnoi model'yu on ni opisyvalsya, kraine neustoichiv⁴⁶. Vklad teplovyh dvizhenii luchshe vsego illyustriruet model' pokoyashegosya sloya. Gravitacionnaya neustoichivost' v nem predotvrashaetsya, esli slagayushie ego zvezdy (ili drugie elementy) pri harakternoi sluchainoi skorosti prohodyat oblast' sgusheniya za vremya, ne prevyshayushee to, v techenie kotorogo pri plotnost' vozrasla by v raz. Maksimal'nyi razmer nekollapsiruyushego sgusheniya opredelyaetsya, takim obrazom, velichinoi poryadka /; eto po suti dzhinsovskii kriterii ustoichivosti. Perehodya teper' k vrashayushemusya sloyu, my vidim, chto kritichnymi stanovyatsya obe harakternye velichiny i . S rostom dispersii skorostei vse bolee priblizhaetsya k i sovpadaet s nei, kogda sravnivaetsya so skorost'yu vrasheniya po poryadku velichiny: . Nastupaet polnaya stabilizaciya diska otnositel'no vozmushenii rassmotrennogo tipa (ris. 5) [101].

Kolichestvennyi analiz osesimmetrichnyh vozmushenii v beskonechno tonkom diske, provedennyi v rabote T64, podtverdil eti primernye ocenki ustoichivosti. V holodnom sluchae on privel k lokal'nomu dispersionnomu sootnosheniyu

ili

v kotorom - chastota volny v edinicah , a

- kriticheskoe volnovoe chislo, opredelyayushee minimal'nuyu dlinu volny nenarastayushih ( 0) vozmushenii⁴⁷, (ris. 6). Dlya goryachego diska byla ustanovlena minimal'naya radial'naya dispersiya skorosti, pri kotoroi sistema vse eshe ostaetsya ustoichivoi otnositel'no vseh osesimmetrichnyh vozmushenii⁴⁸⁴⁹ (Ris. 7):

Otnoshenie real'noi dispersii k dannomu minimumu,

zadalo parametr lokal'noi ustoichivosti diska⁵⁰⁵¹. Pri marzhinal'noi ustoichivosti, , kriticheskimi stanovilis' vozmusheniya masshtaba , kotorym v solnechnoi okrestnosti sootvetstvovala by velichina  kpk. Odnako nablyudeniya govorili v pol'zu opredelennogo zapasa lokal'noi ustoichivosti, . Eto, konechno, "ne otricalo vozmozhnosti neustoichivosti voobshe", no v lyubom sluchae rech' zavedomo ne shla by o raskachke voln dlinoi  kpk, kotorye "prakticheski navernyaka ustoichivy". "Eto vazhnyi argument protiv predpolozhenii o tom, chto sushestvuyushaya spiral'naya struktura nashei Galaktiki mogla by byt' rezul'tatom kollektivnyh zvezdnyh neustoichivostei rassmatrivaemogo tipa" [101, c. 1236].

Vmeste s tem, razvitaya lineinaya teoriya ne pretendovala na mnogoe. Ona ne mogla, naprimer, proyasnit' prichinu razogreva zvezdnogo diska i dazhe ne pokazyvala s kakoi-libo yasnost'yu, chto dolzhno proishodit' s nachal'nymi sgusheniyami, voznikayushimi v holodnom diske za vremya vsego odnogo-dvuh oborotov. "Ni otkuda ne sleduet, chto takie pervonachal'nye sgusheniya budut neminuemo privodit' k obrazovaniyu kakih-nibud' permanentnyh irregulyarnostei, - zametil Tomre. - Gorazdo veroyatnee, chto prichastnye k lyuboi (v obshem sluchae, neosesimmetrichnoi) neustoichivosti zvezdy ... v konce koncov razoidutsya, vystupaya iz protivopolozhnyh storon obrazovaniya i ispytyvaya vdobavok sdvigovoe deistvie differencial'nogo vrasheniya".

"Sledovatel'no, pervonachal'no neustoichivyi disk zvezd dolzhen byl uzhe preterpet' ne odin, a neskol'ko posledovatel'nyh etapov neustoichivosti, posle kazhdogo iz kotoryh sistema stanovilas' neskol'ko menee neustoichivoi, chem ran'she. V chastnosti, predstavlyaetsya veroyatnym, chto po proshestvii ochen' bol'shogo chisla oborotov disk mog priblizit'sya k novomu ravnovesnomu sostoyaniyu, regulyarnomu i, po vsei vidimosti, osesimmetrichnomu, v kotorom teplovye skorosti na razlichnyh radiusah stali (i, znachit, ostanutsya) primerno ravnymi minimal'nym znacheniyam, trebuemym dlya polnoi ustoichivosti" [101, c. 1237]⁵².

Krome togo, poskol'ku polnaya gravitacionnaya energiya diska dolzhna sohranyat'sya po hodu ego evolyucii (teorema viriala), "ukazannoe pereraspredelenie zvezd ne moglo sostoyat' tol'ko iz obshego szhatiya, ono dolzhno bylo vyzyvat' szhatie vnutrennih oblastei diska pri odnovremennom rasshirenii ego vneshnih chastei" [109, c. 1237] - kak eto uzhe predskazyval v ramkah gazodinamiki Linden-Bell [89].

V otnoshenii neosesimmetrichnyh vozmushenii v rabote T64 bylo zamecheno, chto v silu specifiki koriolisova deistviya oni sderzhivayutsya legche chisto radial'nyh i potomu bol'shego znacheniya ne trebuyut. Odnako, dobavil Tomre, ego rabota ostavlyala "polnost'yu otkrytym" vopros o vozmozhnosti stabilizacii v diske s "naibolee krupnyh neosesimmetrichnyh vozmushenii - takih, prezhde vsego, po kotorym mozhno bylo by skazat', stanet li razvivat'sya v dannom diske baropodobnaya struktura ili net" [101, c. 1235]⁵³.

2.4. Kalnais v poiske spiral'nyh mod

Agris Kalnais postupil v elektrotehnicheskuyu shkolu MIT v 1955g. Za uspehi v uchebe on byl zachislen v gruppu uglublennogo izucheniya fiziki i matematiki, v sostave kotoroi prohodil praktiku v laboratorii mikrovolnovyh issledovanii v Reitone, gde provodil izmereniya dlya komp'yuternogo modelirovaniya magnetronov. Zdes' on uznal o dvizhenii elektronov v perekrestnyh elektricheskih i magnitnyh polyah, o parametricheskom usilenii, o volnah polozhitel'noi i otricatel'noi energii, o volnovyh modah. Vse eto prigodilos' emu v samostoyatel'noi rabote, pravda v sovsem inom napravlenii, kogda v 1959 g. on prishel na astronomicheskoe otdelenie Garvardskogo universiteta i obratilsya k dinamike galaktik⁵⁴.

Osen'yu 1961 g. Kalnais vypolnil issledovatel'skuyu rabotu "Zvezdnaya kinematika" [106]⁵⁵. Zadacha sostoyala v raschete samosoglasovannyh radial'nyh kolebanii vo vrashayushemsya zvezdnom diske s cel'yu ob'yasneniya imi 'mestnyh' rukavov Galaktiki. Malost' mezhrukavnogo rasstoyaniya,  kpk, opravdyvala lokal'nyi analiz vozmushenii v ploskosti tonkogo odnorodnogo sloya. V ramkah zadachi na nachal'nye usloviya Kalnais reshil uravneniya Vlasova i Puassona⁵⁶, poluchiv uravnenie osesimmetrichnyh kolebanii i korrektnoe dispersionnoe sootnoshenie obshego vida. Interesuyas', odnako, korotkovolnovymi resheniyami, on proizvel asimptoticheskii analiz integral'nogo vyrazheniya, po hodu kotorogo upustil "mnozhitel' ili okolo togo" [105]. Eto, a takzhe zanizhennyi otklik diska na stol' korotkie ( 1 kpk) volny, privelo k vyvodu o prakticheskom sovpadenii chastoty kolebanii sloya s chastotoi kolebanii zvezd . "Effekty samogravitacii na korotkih masshtabah voln slishkom maly, chtoby predstavlyat' kakoi-libo interes", - zaklyuchil Kalnais [105]; vse resheniya oscilliruyut i opisyvayut begushuyu ot centra volnu, kotoraya pribiraet po puti "ob'ekty nizkoi dispersii, takie kak gaz" [106, c. ii]. V kachestve vozmozhnogo volnovogo generatora dopuskalos' oval'noe telo v centre Galaktiki.

Oshibka asimptoticheskogo analiza vskrylas' letom 1963 g., kogda Kalnais i Tomre nakonec vstretilis'. Sravniv i proveriv svoi raschety, oni nashli drug u druga tehnicheskie nedochety. Kalnais peresmotrel svoyu teoriyu radial'nyh kolebanii i proizvel pereraschet dispersionnogo sootnosheniya, poluchiv ego na etot raz v tom vide, v kotorom ono voshlo v ego dissertaciyu 1965 g. [107]⁵⁷. V sovremennyh oboznacheniyah, udobstvom i yasnost'yu kotoryh my, nesomnenno, obyazany Linyu, a takzhe bez popravki za toshinu zvezdnogo diska, soderzhavsheisya v raschetah 1961-63 gg., no ne predstavlyayushei osobogo interesa⁵⁸, eto sootnoshenie imet vid

gde

- kalnaisov variant mnozhitelya, uchityvayushego rol' teplovyh dvizhenii zvezd. Eti dvizheniya otsutstvuyut v predele , kogda ravenstvo (9) svoditsya k ravenstvu Tomre (5) dlya holodnogo diska, ustanavlivayushemu proporcional'nost' gravitacionnogo chlena volnovomu chislu i, sootvetstvenno, ego neogranichennyi rost. Teplovye dvizheniya etot rost sderzhivayut. Teper' vklad gravitacii lish' dostigaet maksimuma pri , a dlya on stanovitsya malym. V solnechnoi okrestnosti urovnyu sootvetstvuet dlina volny  kpk, ustanovlennaya Tomre pri analize marzhinal'noi ustoichivosti. Ee soizmerimost' s radiusom diska Galaktiki delaet lokal'nuyu teoriyu ves'ma somnitel'noi.

"Vypolnyaya v 1961 svoyu issledovanie, ya nahodilsya pod vpechatleniem togo, chto rasstoyanie mezhdu rukavami spirali sostavlyaet 1.5 kpk. Posle vstrechi s Tomre mne stalo yasno, chto volny (fluktuacii) takogo masshtaba vazhnyh dlya Galaktiki mod ne predstavlyali. ... K tomu zhe, k oseni 1963 g. ya poluchil kopiyu dissertacii Denvera. Ego izmereniya spiral'nyh rukavov galaktik davali tipichnyi ugol zakrutki , chto oznachalo eshe bol'shie, chem 6 kpk, masshtaby. ...Tomre k etomu vremeni uzhe opublikoval svoi diskovye modeli, i ya mog ispol'zovat' ih dlya ocenki masshtaba, na kotorom diski otklikayutsya sil'nee vsego. Ya ubedilsya v tom, chto VKB-priblizhenie [sm. razdel 3.1] slishkom gruboe i chto galaktiki, v otlichie ot plazmy, slishkom neodnorodnye. Budushee poetomu videlos' za global'nymi modami i integral'nymi uravneniyami" [105].

Osoznav etot fakt, Kalnais poteryal interes k lokal'nym teoriyam, poleznym lish' dlya ustoichivyh korotkovolnovyh reshenii, i obratilsya k global'nym modam: v nih on videl teper' zalog korrektnogo resheniya problemy. Uzhe v oktyabre 1963 g. im byl predstavlen "Nabrosok dissertacii na temu 'Spiral'naya struktura galaktik' ", soderzhavshii narabotki dlya novoi teorii ustanovivshihsya spiral'nyh voln. Vvidu fakticheskoi neizvestnosti etoi raboty, sleduyushaya bol'shaya citata iz nee [109, s. 1-3] predstavlyaetsya umestnoi⁵⁹.

"Osobennost', prisushaya sil'no splyusnutym sistemam, sostoit v nalichii u nih spiral'nyh ukazatelei, nazyvaemyh rukavami. Eti obrazovaniya naibolee rel'efno proslezhivayutsya po gazovoi komponente galaktik i po molodym goryachim zvezdam, kotorye vozbuzhdayut gaz. Odnako fluktuacii plotnosti zametny i v zvezdnoi komponente, gde oni gorazdo slabee, no, v to zhe vremya, i regulyarnee.

Delenie galaktiki na dve komponenty, gazovuyu i zvezdnuyu, predstavlyaetsya vpolne estestvennym pri rassmotrenii dinamicheskogo povedeniya etih podsistem. Gazovaya komponenta chastichno ionizovana i, sledovatel'no, podverzhena i magnitnoi, i gravitacionnoi silam; ona takzhe ochen' neravnomerno raspredelena v galakticheskoi ploskosti. Zvezdnaya zhe sistema dovol'no regulyarna, ee dinamika upravlyaetsya dal'nodeistvuyushimi gravitacionnymi silami so storony galaktiki kak celogo, pri etom koncentraciya zvezd dostatochno nizka dlya togo, chtoby dvoinymi zvezdnymi sblizheniyami mozhno bylo prenebregat'. Buduchi massivnoi, zvezdnaya komponenta ne mozhet podderzhivat' fluktuacii plotnosti na masshtabah, mnogo men'shih srednego otkloneniya zvezd ot krugovyh orbit (masshtab pekulyarnyh dvizhenii). Zato gaz mog by podderzhivat' fluktuacii men'shego masshtaba, po krainei mere, v otsutstvii magnitnyh effektov. To chto nablyudaemye rukava ne namnogo uzhe minimal'nogo masshtaba, kotoryi mogut dopuskat' zvezdy, govorit ob aktivnom uchastii poslednih v sozdanii spiral'nyh uzorov.

Imeetsya, odnako, fundamental'naya problema, svyazannaya s predpolozheniem o tom, chto spiral'nye rukava slozheny celikom iz zvezd. Esli rukav sushestvuet i ne narastaet so vremenem, to ego zerkal'noe otrazhenie - tozhe vozmozhnaya konfiguraciya: eto sleduet iz obratimosti vo vremeni uravnenii dvizheniya i iz invariantnosti otnositel'no prostranstvennoi obratimosti. Poetomu na osnove lineinoi teorii nel'zya ustanovit' lidiruyushii ili otstayushii harakter rukavov, esli nastaivat' na postoyanstve formy spiral'nyh ukazatelei. V to zhe vremya nablyudeniya ukazyvayut, chto priroda otdaet predpochtenie otstayushim spiral'nym ruavam. Sledovatel'no, pravdopodobnaya teoriya spiral'noi struktury dolzhna vklyuchat' i zvezdy, i gaz.

Ya rassmatrivayu galaktiku sostoyashei iz dvuh komponent, gaza i zvezd, svyazannyh silami gravitacii. Zvezdy obespechivayut krupnomasshtabnuyu organizaciyu, a gaz pozvolyaet otlichat' otstayushie rukava ot lidiruyushih. (Zvezdnaya sistema mozhet rassmatrivat'sya kak rezonator; gaz togda budet generatorom, vozbuzhdayushim nekotorye normal'nye mody). Esli svyaz' [gazovoi i zvezdnoi komponent] ne slishkom sil'na, to snachala obe podsistemy mozhno rassmatrivat' otdel'no, a potom dopustit' ih vzaimodeistvie. K sozhaleniyu, ocenit' stepen' etoi svyazi bez rascheta normal'nyh mod obeih podsistem nel'zya. Dlya gazovoi komponenty v nastoyashee vremya vozmozhen tol'ko samyi grubyi analiz, poskol'ku dlya pravdopodobnosti rezul'tatov v uravneniyah dvizheniya gaza neobhodimo uchityvat' nelineinye chleny. Naprotiv, zvezdnaya komponenta dovol'no gladkaya, i dlya nee mozhno ispol'zovat' lineinuyu teoriyu. Tak chto mozhno postavit' i - pri nebol'shih usiliyah - reshit' zadachu ob opredelenii normal'nyh mod.

V kachestve temy svoei dissertacii ya vybral issledovanie zvezdnyh normal'nyh mod v ploskosti model'noi galaktiki. ...Nekotorye kachestvennye osobennosti uravnenii ukazyvayut na to, chto predpochtitel'nym okazyvaetsya tip spiral'nyh vozmushenii s dvumya rukavami. Etot rezul'tat, ochevidno, ne sil'no zavisit ot vybora modeli, chto nemalovazhno. Okonchatel'noe dokazatel'stvo ostaetsya za chislennymi raschetami, kotorye poka ne zaversheny". [106, c. 1-3]

Mozhno, takim obrazom, videt', chto zvezdnyi disk galaktiki predstavlyalsya Kalnaisu rezonatorom, v kotorom razvivayutsya global'nye spiral'no-volnovye mody. V stacionarnom sluchae otstayushie i lidiruyushie volny yavlyayutsya zerkal'nym otrazheniem drug druga, poetomu pri slozhenii ne dayut obshei spiral'noi kartiny. Simmetriyu, odnako, narushayut neobratimye processy, prisushie real'nym galaktikam.

V podderzhku svoei koncepcii normal'nyh mod Kalnais rassmotrel krupnomasshtabnye neosesimmetrichnye vozmusheniya v goryachem neodnorodnom ploskom diske i vyvel dlya nih obshee integral'noe uravnenie, chastotnaya zavisimost' kotorogo predpolagala diskretnyi volnovoi spektr. On otmetil takzhe vazhnuyu rol' lindbladovskogo usloviya (4). Pri ego vypolnenii znachitel'naya oblast' galakticheskogo diska mozhet podderzhivat' kogerentnye kolebaniya dlya mody , togda kak dlya lyubyh znachenii > 2 vnutr' diska popadayut lindbladovskie rezonansy. Zvezdy, dvigayas' v oblasti etih rezonansov, ispytyvayut vozmushayushee deistvie volny s chastotoi ih sobstvennyh kolebanii,

i, kak sledstvie, preterpevayut sil'nye smesheniya na svoih orbitah, iz-za chego v itoge mody teryayut vid edinoi cel'noi spirali⁶⁰. Kalnais zaklyuchil, chto sformulirovannaya im problema govorit, takim obrazom, o predpochtitel'nosti dvuhrukavnyh spiralei i "daet skupoe ponimanie togo, chto mozhno ozhidat' pri v plane formy vozmushenii i ih zavisimosti ot vremeni" [109, s. 13].

Oboshayushim izlozheniem rassmotrennyh Kalnaisom problem stala ego dissertaciya "Ustoichivost' sil'no uploshennyh galaktik", predstavlennaya im v mae 1965 g. v Garvarde [107]⁶¹. Ona soderzhala razvernutuyu diskussiyu na baze detal'nogo matematicheskogo analiza. Vmeste s tem, dissertaciya po suti yavilas' oficial'nym publichnym debyutom Kalnaisa, poetomu imenno s nei sleduet sootnosit' hronologiyu sobytii, svyazyvaya te ili inye fakticheskie momenty spiral'noi istorii 1960-h gg.

---

<< 1. Epoha Lindblada | Oglavlenie | 3. Teoriya Linya >>

Publikacii s klyuchevymi slovami: istoriya astronomii - spiral'naya galaktika - volny plotnosti - spiral'naya struktura Publikacii so slovami: istoriya astronomii - spiral'naya galaktika - volny plotnosti - spiral'naya struktura
Sm. takzhe: Spiral'naya galaktika s peremychkoi NGC 1365 ot teleskopa "Dzheims Vebb" Spiral'naya galaktika NGC 6744 M106: spiral'naya galaktika so strannym yadrom NGC 247 s druz'yami Licom k NGC 6946 M83: zvezdnye potoki i tysyacha rubinov NGC 1546 ot teleskopa im.Habbla Vse publikacii na tu zhe temu >>