Как вращаются рукава галактик

Что означает «найдена удачно»? Дело в том, что, если скорости движения частиц даже начинают приближаться к скорости света, изображение спиралей размером в десятки тысяч световых лет для удаленного наблюдателя оказывается искаженным. При моделировании обязательно требуется учитывать оптические искажения наблюдаемых линий фронтов частиц.

При скоростях движения частиц материи, сопоставимых со скоростью света, свет от следов столкновений частиц, движущихся в нашем направлении, приходит не одновременно со светом от столкновений частиц, от нас удаляющихся. След от частиц, летящих в нашу сторону, будет наблюдаться в их более поздней (близкой по времени) позиции по сравнению с частицами, от нас удаляющимися.

Рис. 10. Постановка задачи об учете задержки сигнала от объектов при движении их из точки O в противоположных направлениях A и B со скоростями v=kc, где 0 < k ≤ 1. Слева – точная постановка задачи, справа – упрощенная. Рисунок автора.

Например, в работе, посвященной исследованию квазара J1601+3102, авторы исследования (https://iopscience.iop.org/article/10.3847/2041-8213/ad9609) разницу в местоположении двух радио-выбросов (и в их яркости) объяснили некими «неизвестными условиями» вблизи черной дыры.

Тогда как достаточно было предположить, что более яркий и близкий к источнику выброса пучок движется в направлении от нас и поэтому сигнал должен пройти более длинную дистанцию, при равном расстоянии от источника – черной дыры. В итоге мы наблюдаем его в его более раннем по времени состоянии, когда он был еще в 10 раз ближе к черной дыре, не успел рассеяться, и поэтому намного ярче, чем тот, что движется в нашем направлении.

Рис. 11. Квазар J1601+3102. Схема расположения ЧД (точка О), северного (B) и южного (A) выбросов радио-джета. Выброс B значительно ближе к источнику и намного «ярче».

Аналогично, и при моделировании фронтов излучения, движущегося со скоростями, сравнимыми со скоростью света, следует учитывать эту разницу. В некоторых галактиках только учет этой деформации позволяет подобрать параметры спутников, которые могли бы соответствовать спиральным линиям, наблюдаемым на фоне галактических рукавов. Ниже приведены результаты искажения формы спирали в зависимости от скорости частиц, и изображены наблюдаемые в различные моменты времени конфигурации для случая v=0.8c, h=60°.

Рис. 12. Влияние скорости частиц на форму спирали с эксцентриситетом 0.5 при углах наклона плоскости спирали 30°, 45° и 60° относительно проекционной плоскости. Внизу (на темном фоне) – развертка во времени эволюции для v=0.8c, h=60° (для t в тыс. лет). Результаты получены в моделирующем приложении.

На этих схемах в дополнение к основным двум спиральным линиям более тонкими линиями показаны «перпендикулярные» им спирали, которые бы образовались, если бы излучение было направлено перпендикулярно тому, которое предполагается для утолщенных линий. Далее будет разъяснение по этому поводу.