Ученые: Объяснение образования звездных и галактических кластеров является ошибочным

Москва, 16:54, 04 Дек 2017, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.

Доминирующее ныне объяснение образования звездных и галактических кластеров является ошибочным и искажает природу времени, утверждает команда бразильских исследователей, в новом исследовании, попытавшись объяснить давний парадокс в явлении, называемом «насильственная релаксация».

Кластеры звезд и галактик представляют собой плотные группы небесных тел, скованных гравитацией. Звездные кластеры содержат до миллиона звезд с общим происхождением и размером до 30 световых лет, а скопления галактик входят в число крупнейших структур во Вселенной, состоящих из тысяч галактик с массой квадриллионов Солнц.

В исследовании, опубликованном в The Astrophysical Journal, исследователи сообщают результаты сложных компьютерных симуляций загадочного гравитационного танца этих массивных объектов.

Такие группы формируются в водовороте, за которым следует успокаивающий процесс, называемый насильственной релаксацией, когда небесные тела оседают на их новые местоположения и достигают состояния равновесия.

Насильственная релаксация всегда понималась через уравнение Власова, разработанного советским физиком-теоретиком Анатолием Власовым в 1938 году для описания изменения распределения частиц в плазме. Для этого явления было применено приближение того, как тысячи звезд и галактик взаимодействуют и перестраивают свои позиции с течением времени.

В новом исследовании, однако, возникает вопрос, верно ли это понимание.

«Проблема в том, что уравнение Власова предполагает постоянную энтропию в системе», — объясняет Ларте Содре Жуниор, автор исследования и профессор Института астрономии, геофизики и атмосферных наук Университета Сан-Паулу.

Энтропия — это мера необратимого рассеивания энергии. Согласно второму закону термодинамики, Вселенная может стать только еще более беспорядочной и случайной с течением времени — другими словами, полная энтропия должна увеличиваться.

Но уравнение Власова предполагает, что энтропия остается прежней. Это говорит о том, что время «обратимо», чего, очевидно, не может быть, так как дым не возвращается обратно в сгоревшую древесину, а звездное скопление самопроизвольно не разлетается. Нестыковка между уравнением Власова и односторонней природой насильственной релаксации называется «фундаментальным парадоксом звездной динамики».

«Нам было ясно, что что-то не так, и наше подозрение подтвердилось в исследовании», — говорит Содре. «Уравнение Власова просто не относится к этому делу».

Команда ученых полагалась на мощные вычислительные ресурсы для исследования гравитационных взаимодействий между небесными телами. Для системы с двумя телами это несложно, но в системе, содержащей миллионы тел, каждое из которых взаимодействует с каждым другим телом, команде необходимо было провести комплексное численное моделирование, каждый из которых занимал несколько дней компьютерного времени.

Моделирование показало, что общая энтропия действительно увеличивается. Но команда также обнаружила, что в начале периода насильственной релаксации энтропия системы действительно колеблется, иногда увеличивается и иногда уменьшается.

По словам ученого, системы, демонстрирующие колебания энтропии подобны химическим реакциям, в которых полученное соединение служит катализатором обратной реакции.

 «В результате реакция переключается туда и сюда, а энтропия в системе колеблется», — сказал Содре.