3.1 Кривые вращения галактик: согласование без тёмной материи

Главная ／ Глава 3: макроскопическая Вселенная

Термины и соглашения: В этом разделе «дополнительное притяжение» во внешних дисках объясняется совместным действием обобщённых неустойчивых частиц (GUP), которые в течение своей жизни формируют статистическую тензорную гравитацию (STG), а при распаде или аннигиляции вносят тензорный локальный шум (TBN) — диффузный малокогерентный фон. Далее мы объединяем эти эффекты под выражением «обобщённые неустойчивые частицы». Окружающую среду в рамках теории энергетических нитей (EFT) обозначаем как энергетическое море (Energy Sea). После этих первых упоминаний мы используем только русские полные наименования без аббревиатур.

I. Явления и центральная задача

Многие спиральные галактики сохраняют на больших радиусах высокие и почти плоские скорости вращения, хотя видимая материя там редка и интуитивно скорости должны падать. Этому сопутствуют две исключительно «узкие» закономерности:

• Видимая масса и характерная внешняя скорость лежат почти на одной зависимости с очень малым разбросом.
• На каждом радиусе полная центростремительная тяга почти один к одному соответствует тяге от видимой материи — также с малым разбросом.

При этом формы кривых различаются: центры бывают «куспидальные» или «ядерные», радиус и высота плато меняются, заметна тонкая «текстура». Окружение и история событий оставляют след. Однако обе закономерности остаются узкими, что указывает на единый механизм. Классический подход добавляет невидимые «оболочки» для каждой галактики отдельно, требует индивидуальной подгонки и с трудом объясняет, почему зависимости столь тесны при разнообразных сценариях формирования.

Ключевая идея: дополнительное притяжение во внешнем диске может возникать как статистический отклик среды — без введения новой материи.

II. Образ механизма: одна тензорная ландшафтная карта и три вклада

1. Базовый внутренний уклон (видимая материя)
   Звёзды и газ вырезают в энергетическом море внутренний тензорный уклон, задающий базовую центростремительную «навигацию». Этот вклад быстро убывает с радиусом и сам по себе не удерживает плоское внешнее плато.
   Наблюдательный признак: чем сильнее концентрированы светимость-к-массе и поверхностная плотность газа, тем «резче» подъём в центре.
2. Гладкий добавочный уклон (статистическая тензорная гравитация)
   Обобщённые неустойчивые частицы в течение жизни создают крошечные тензорные тяги. В пространстве-времени они суммируются в гладкий устойчивый сдвиг потенциала, который убывает с радиусом медленно.
   • Пространственная гладкость: сдвиг ослабевает плавно и остаётся эффективным во внешней диске, поддерживая плато.
   • Совместная настройка с активностью: интенсивность возрастает вместе со скоростью звездообразования, слияниями/возмущениями, газовыми циклами и сдвигом баров/спиралей.
   • Самозапирание шкалы: больше подпитки и «перемешивания» → выше активность → сильнее добавочный уклон → фиксируется масштаб внешних скоростей.
     Наблюдательный признак: поверхностная плотность SFR, сила бара, газовые притоки/оттоки и следы слияний коррелируют с высотой и длиной плато.
3. Низкоамплитудная текстура (тензорный локальный шум)
   При распаде или аннигиляции обобщённые неустойчивые частицы вносят широкополосные малокогерентные волновые пакеты, формируя диффузный фон. Он добавляет небольшие колебания и уширяет линии скоростей, не меняя среднего уровня плато.
   Наблюдательный признак: радиогало/радиореликты, слабо-контрастные диффузные структуры и «зернистость» в полях скоростей, усиливающиеся вдоль осей слияний и в областях сильного сдвига.

Радиальное членение (интуитивно):

• Внутренняя область (R ≲ 2–3 R_d): доминирует видимая навигация; статистическая тензорная гравитация тонко настраивает → решается «куспидальный или ядерный» центр.
• Переходная область: вклады соизмеримы → кривая переходит от крутого подъёма к плато; радиус перелома смещается с активностью и историей.
• Внешнее плато: доля статистической тензорной гравитации растёт → высокое протяжённое плато с мягкой текстурой.

Вывод: плато = видимая навигация + статистическая тензорная гравитация; мелкие внешние колебания = тензорный локальный шум.

III. Откуда берутся две «узкие зависимости»

• Масса–скорость: почти одна прямая
  Видимая материя подпитывает и «взбалтывает» среду, задавая общую активность обобщённых неустойчивых частиц; та определяет масштаб скоростей плато. Поэтому видимая масса и внешняя скорость ковариируют из общего источника и дают малый разброс.
• Полная тяга против видимой: почти один к одному по радиусу
  Полная центростремительная тяга = видимая навигация + гладкий добавочный уклон статистической тензорной гравитации. Внутри доминирует видимая составляющая, а во внешней диске её доля снижается в пользу гладкого уклона. Точка за точкой по радиусу получается регулярное соответствие между видимой и полной тягой.
  Прямой тест: при фиксированном радиусе сопоставить динамические остатки сдвигу газа/пыли и диффузной радиоинтенсивности; корреляция должна быть однонаправленной.

Ключевая идея: обе зависимости — это разные проекции («масса–скорость» и «радиус–тяга») одного и того же тензорного ландшафта.

IV. Почему сосуществуют «куспидальные» и «ядерные» центры

• Механизм выравнивания («снятие фаски»): длительная активность — слияния, вспышки звездообразования, сильный сдвиг — локально «размягчает» тензорный ландшафт и уменьшает внутренний уклон, формируя ядро.
• Механизм стягивания: глубокий потенциальный колодец при стабильной подпитке и умеренных возмущениях восстанавливает или сохраняет коспидальность.

Вывод: «куспидальный» и «ядерный» центры — крайние состояния одной тензорной сети при разных историях и средах.

V. Совмещение наблюдений на одной тензорной карте (практика)

Что совмещаем:

• Высоту и радиальное протяжение плато кривой вращения.
• Растяжение и смещение центра изолиний конвергенции слабого/сильного линзирования (каппа, κ).
• Полосы сдвига и негауссовы «крылья» в полях скоростей газа.
• Диффузную интенсивность и ориентацию радиогало/радиореликтов.
• Направление линий поляризации/магнитного поля как индикаторов долговременного сдвига.

Критерии совмещения:

• Пространственное согласование: перечисленные структуры колокализуются и соориентированы вдоль осей слияний, баров и касательных к спиралям.
• Согласование по эпохам: в фазе активности сначала растёт диффузный фон (тензорный локальный шум), а спустя десятки–сотни миллионов лет усиливается и удлиняется плато (статистическая тензорная гравитация). В тихой фазе последовательность обратная.
• Междиапазонная когерентность: после учёта дисперсии среды направления плато и остатков совпадают в разных диапазонах, поскольку их задаёт один тензорный ландшафт.

VI. Проверяемые предсказания (операционализация для наблюдений и подгонки)

1. P1 | Сначала шум — затем подъём (временной порядок)
   Предсказание: после вспышки звездообразования или слияния сначала увеличивается диффузный радиофон за счёт тензорного локального шума. На масштабах десятков–сотен миллионов лет растут высота и радиус плато по мере усиления статистической тензорной гравитации.
   Стратегия: совместная многоэпохальная и многорадиальная подгонка с измерением задержки между ростом фона и углублением/удлинением плато.
2. P2 | Зависимость от среды (пространственный рисунок)
   Предсказание: вдоль направлений сильного сдвига и осей слияний плато длиннее и выше; «зернистость» полей скоростей выраженнее.
   Стратегия: извлекать секторальные кривые и профили диффузного фона вдоль осей баров и слияний и сравнивать их.
3. P3 | Перекрёстные проверки на одной карте (мультимодальность)
   Предсказание: большие оси контуров κ, пики сдвига скорости, радиополосы и главные направления поляризации выстраиваются согласованно.
   Стратегия: совместная регистрация четырёх карт в одной системе координат и расчёт косинусной схожести соответствующих векторов.
4. P4 | Спектральная форма внешнего диска
   Предсказание: спектр мощности внешних остаточных скоростей имеет пологий наклон в средней–низкой области частот — признак широкополосного малокогерентного тензорного локального шума.
   Стратегия: сравнить пик и наклон спектра остатков со спектром диффузного радиофона.
5. P5 | Процедура подгонки (экономия параметров)
   Шаги:
   • Использовать фотометрию и газ для задания prior на базовый внутренний уклон от видимой материи.
   • Использовать скорость звездообразования, индикаторы слияний, силу бара и величину сдвига для prior на амплитуду и масштаб статистической тензорной гравитации.
   • Использовать интенсивность/текстуру диффузного радио для prior на уширение, обусловленное тензорным локальным шумом.
   • Подогнать всю кривую вращения малым общим набором параметров и подтвердить результат совместным картированием с линзированием и полями скоростей.
     Цель: один набор параметров для нескольких типов данных вместо пообъектной «оболочечной» настройки.

VII. Наглядная аналогия

Автоколонна с попутным ветром. Двигатели — это видимая навигация. Попутный ветер — статистическая тензорная гравитация: он медленно слабеет с расстоянием, но поддерживает скорость. Небольшие неровности дороги — тензорный локальный шум: он добавляет лёгкую «зернистость» в кривую скоростей. Управление включает: «педаль газа» (подпитка), «состояние дороги» (сдвиг/активность) и поддержание попутного ветра (амплитуда гладкого уклона).

VIII. Связь с традиционными трактовками

• Иной путь объяснения: вместо добавления невидимой материи мы трактуем дополнительное притяжение как статистический отклик среды: гладкий добавочный уклон статистической тензорной гравитации плюс низкоамплитудная текстура тензорного локального шума.
• Меньше степеней свободы: исход задают три со-источника — видимая подпитка, длительное «перемешивание» и возникающий тензорный сдвиг, — что снижает необходимость объектной подстройки.
• Одна карта — много проекций: кривые вращения, линзирование, газовая кинематика и поляризация — это разные проекции одного тензорного ландшафта.
• Инклюзивный подход: даже если в будущем обнаружится новая компонента, её можно рассматривать как микроскопический источник; для основных черт кривых уже достаточно статистических эффектов среды.

IX. Итог

Один тензорный ландшафт одновременно объясняет внешнюю «плоскость», две узкие зависимости, сосуществование коспидальных и ядерных центров и отличия тонкой текстуры.

• Видимая материя формирует базовый внутренний уклон.
• Статистическая тензорная гравитация накладывает сверху гладкий, устойчивый и медленно убывающий добавочный уклон, поддерживает внешние скорости и привязывает их масштаб к видимой массе.
• Тензорный локальный шум добавляет низкоамплитудную «зернистость», не меняя средний уровень плато.

В заключение: вопрос смещается от «сколько невидимой материи нужно добавить?» к «как один и тот же тензорный ландшафт непрерывно переформатируется?». В рамках единого средового механизма плато, узкие зависимости, центральные морфологии и влияния среды — это грани одного физического процесса, а не отдельные загадки.