3.1 Криві обертання галактик: узгодження без темної матерії

Головна ／ Розділ 3: Макроскопічний Всесвіт

Пояснення термінів
У цьому розділі «додаткову тягу» у зовнішній частині диска тлумачимо як сумарний ефект Статистичної тензорної гравітації (STG) — середньої в часі, накопиченої тяги, що виникає протягом скінченного життя Узагальнених нестійких частинок (GUP), — та Локального тензорного шуму (TBN) — широкосмугових, низькокогерентних хвильових пакетів, які впорскуються у середовище під час розпаду або анігіляції частинок. Далі вживаємо лише повні українські назви.

I. Явище та ключові запитання

1. Пласкі «плато» у зовнішньому диску: Поза оптичним диском видимої речовини мало, тож інтуїтивно швидкість обертання має спадати з радіусом. Однак спостереження показують довгі плато на високому рівні.
2. Дві незвично тісні залежності:
   • Загальна видима маса й характерна швидкість у зовнішньому диску лежать майже на одній прямій з дуже малою розбіжністю.
   • На будь-якому радіусі загальна доцентрова тяга майже один-до-одного відповідає тязі від видимої речовини, теж із малим розкидом.
3. Різноманітність із цілісністю: Форми кривих різні — ядра бувають «гострими» або «пласкими», висота й довжина плато відрізняються, дрібна «текстура» змінюється — і помітно залежать від середовища та історії подій. Водночас обидві тісні залежності зберігаються, що вказує на спільний механізм.
4. Обмеження традиційного підходу: «Невидиму добавку» можна підібрати для окремих об’єктів, однак часто потрібне індивідуальне налаштування параметрів. Дуже малу розбіжність у двох залежностях важко пояснити лише «відмінними історіями формування».

Головна ідея: Додаткова тяга у зовнішньому диску не обов’язково походить від нової речовини; вона може виникати з статистичної відповіді космічного середовища.

II. Один «тензорний ландшафт» і три внески

1. Базовий внутрішній ухил (Керування видимою речовиною)
   Зорі та газ «тягнуть» енергетичне море всередину, формуючи тензорний ухил, який забезпечує базове доцентрове керування. Ухил швидко слабшає з радіусом і сам по собі не підтримує зовнішнє плато.
   Спостережні орієнтири: Співвідношення маса–світність і ступінь концентрації поверхневої густини газу; вища концентрація зазвичай дає «гостріше» зростання всередині.
2. Вирівняний додатковий ухил (Статистична тензорна гравітація)
   Під час свого життя Узагальнені нестійкі частинки справляють малі тяги на тензорне поле середовища. Ці тяги підсумовуються та усереднюються у просторі-часі, створюючи гладке й довготривале відхилення потенціалу.
   Ключові властивості:
   • Гладкий розподіл: Слабшає повільно з радіусом і на зовнішньому диску лишається достатнім, щоб «тримати» плато.
   • Співзмінність з активністю: Сила корелює зі швидкістю утворення зір, злиттями/збуреннями, рециркуляцією газу та зсувами від балки чи спіральних рукавів.
   • Самофіксація: Більша підпитка й перемішування → вища активність → сильніший додатковий ухил → шкала швидкостей у зовнішньому диску «блокується».
     Спостережні орієнтири: Поверхнева густина темпу зоряного народження, сила балки, зворотні потоки газу та ознаки злиттів, що корелюють із висотою та довжиною плато.
3. Низькоамплітудна текстура (Локальний тензорний шум)
   Під час розпаду або анігіляції Узагальнені нестійкі частинки впорскують у середовище широкосмугові, низькокогерентні хвилі. Їхня суперпозиція створює дифузний фон, який додає дрібні хвилювання й розширює профілі швидкостей у зовнішньому диску, не змінюючи «середньої пласкості».
   Спостережні орієнтири: Радіогало/релікти, дифузні низькоконтрастні структури та «зернисті» поля швидкостей, посилені вздовж осей злиттів або зон сильного зсуву.

Радіальна інтуїція

• Внутрішня зона (R ≲ 2–3 Rd): Панівне керування видимою речовиною; Статистична тензорна гравітація тонко підлаштовує → визначає, чи ядро «гостре» чи «пласке».
• Перехідна зона: Внески співставні → крива переходить від крутого схилу до плато; положення зсувається разом із активністю й історією.
• Зовнішня зона (плато): Частка Статистичної тензорної гравітації зростає → високе й довге плато з легкою текстурою.

Коротко: Зовнішнє плато ≈ керування видимою речовиною + Статистична тензорна гравітація; дрібні крайові хвилі ≈ Локальний тензорний шум.

III. Чому обидві залежності такі «тісні»

• Маса–швидкість майже на одній прямій: Видима речовина одночасно підживлює і перемішує середовище, задаючи загальну активність Узагальнених нестійких частинок. Ця активність визначає шкалу швидкостей плато. Тому видима маса та характерна зовнішня швидкість співзмінюються з однієї причини, а розкид малий.
• Узгодження тяг за радіусами: Загальна доцентрова тяга = керування видимою речовиною + вирівняний додатковий ухил від Статистичної тензорної гравітації. Усередині домінує «видима» складова, далі назовні зростає частка Статистичної тензорної гравітації. Плавна передача «естафети» вздовж радіуса дає майже відповідність один-до-одного.
  Швидка перевірка: На фіксованому радіусі зіставити динамічні залишки з зсувами газу/пилу та дифузною радіояскравістю; очікується однакова спрямованість.

Суть: Це дві проєкції одного тензорного ландшафту — у площинах «маса–швидкість» і «радіус–тяга».

IV. Чому співіснують «гострі» й «пласкі» ядра

• Механізм вирівнювання: Тривала активність — злиття, зоряні спалахи, сильні зсуви — «пом’якшує» локальний тензорний ландшафт, зменшує внутрішній ухил і формує пласке ядро.
• Механізм загострення: Глибока потенціальна криниця, стабільна підпитка та помірні збурення допомагають відновити або зберегти гостре ядро.

Висновок: «Гостре проти плоского» — це дві граничні стани однієї тензорної мережі за різних історій та середовищ.

V. Спільне картування багатьох спостережуваних величин на один «тензорний мап» (практичний посібник)

1. Величини для співкартування:
   • Висота та радіальна довжина плато на кривій обертання
   • Напрям розтягування та зсув центра ізоліній κ у слабкому/сильному гравітаційному лінзуванні
   • Смуги зсуву та неґаусові «крила» у полях швидкостей газу
   • Інтенсивність і орієнтація дифузних радіогало/реліктів
   • Орієнтація поляризації/ліній магнітного поля (слід довготривалих зсувів)
2. Критерії співкартування:
   • Просторова вирівняність: Згадані величини спільно локалізуються та орієнтовані вздовж осей злиттів, осей балки або дотичних до спіральних рукавів.
   • Часова узгодженість: В активних фазах спочатку зростає дифузне радіовипромінювання (шум), а згодом — у масштабах десятків–сотень мільйонів років — підвищується та подовжується плато (тяга). У спокійних фазах обидва ефекти спадають у зворотному порядку.
   • Незалежність від діапазону: Після поправки на дисперсію середовища напрями плато й залишків збігаються між діапазонами, оскільки їх визначає той самий тензорний ландшафт.

VI. Перевірювані прогнозі (від спостережень до процесу узгодження)

1. P1 | Спершу шум, потім тяга (послідовність у часі)
   Прогноз: Після спалаху чи злиття спочатку зростає дифузна радіоемісія (Локальний тензорний шум), а через ~10⁷–10⁸ років збільшуються висота й радіус плато (Статистична тензорна гравітація).
   Спостереження: Спільні підгонки для кількох епох і кільцевих зон; вимірювання затримки від шуму до зміни плато.
2. P2 | Залежність від середовища (просторовий візерунок)
   Прогноз: Уздовж осей із сильним зсувом або осей злиттів плато довші й вищі, а поле швидкостей виглядає більш «зернистим».
   Спостереження: Порівняння секторних кривих і дифузних профілів уздовж осей балки та злиттів.
3. P3 | Перехресна звірка між способами спостереження (кілька мап)
   Прогноз: Довга вісь κ, піки зсуву швидкості, радіосмуги та головна вісь поляризації вирівнюються.
   Спостереження: Співреєстрація чотирьох мап в одній системі координат і обчислення косинусної подібності векторів.
4. P4 | Форма спектра у зовнішньому диску
   Прогноз: Спектр потужності залишків швидкості має пологий спад на низьких–середніх частотах, характерний для широкосмугового, низькокогерентного Локального тензорного шуму.
   Спостереження: Порівняння положень піків і нахилів між спектрами залишків і дифузними радіоспектрами.
5. P5 | Процес узгодження (економія параметрів)
   Кроки:
   • Використати фотометрію й розподіл газу для пріорів внутрішнього ухилу від керування видимою речовиною.
   • Використати метрики темпу зоряного утворення, індикатори злиттів, силу балки та рівень зсувів для пріорів амплітуди/масштабу Статистичної тензорної гравітації.
   • Використати дифузну радіоемісію та рівень текстури для пріорів розширення від Локального тензорного шуму.
   • Узгодити всю криву малим спільним набором параметрів і перехресно звірити з мапами лінзування та полями швидкостей.
     Мета: Один набір параметрів для багатьох даних — без «ручного тюнінгу» під об’єкт.

VII. Побутова аналогія

Кортеж машин із попутним вітром:

• Двигун — це керування видимою речовиною.
• Попутний вітер — це Статистична тензорна гравітація, що повільно слабшає з відстанню, але підтримує швидкість.
• Малі хвилястості дороги — це Локальний тензорний шум, який додає кривій легку «зернистість».
• Панель керування: акселератор (підпитка), догляд за дорогою (зсув/активність) і підтримання попутного вітру (амплітуда додаткового ухилу).

VIII. Зв’язок із традиційною рамкою

• Інший шлях пояснення: Традиційно «додаткову тягу» приписують новій, невидимій складовій; тут ми зводимо її до статистичної відповіді середовища: вирівняного додаткового ухилу від Статистичної тензорної гравітації та низькоамплітудної текстури від Локального тензорного шуму.
• Краща економія параметрів: Три взаємопов’язані чинники — видима підпитка, довготривале перемішування та стійке тензорне зміщення — керують результатом і зменшують потребу в індивідуальному налаштуванні.
• Одна мапа — багато проєкцій: Криві обертання, гравітаційне лінзування, газова динаміка та поляризація — це різні проєкції того самого тензорного ландшафту.
• Інклюзивність без конфронтації: Навіть якщо згодом відкриється нова складова, це буде лише одна з можливих мікроджерел; для головних рис кривих обертання статистичні ефекти середовища вже достатні для узгодженого опису.

IX. Висновки

Один і той самий тензорний ландшафт пояснює зовнішнє плато, дві тісні залежності, співіснування гострих і пласких ядер та відмінності дрібної текстури:

• Видима речовина формує базовий внутрішній ухил.
• Статистична тензорна гравітація додає гладкий, тривалий і повільно спадний додатковий ухил, який підтримує швидкості у зовнішньому диску та «блокує» шкалу швидкостей до видимої маси спільною причиною.
• Локальний тензорний шум додає низькоамплітудну «зернистість», не змінюючи загального плато.

Підсумовуючи: Питання зміщується від «скільки невидимої речовини додати» до «як один і той самий тензорний ландшафт безперервно формується». У межах цього уніфікованого механізму середовища плато, тісні залежності, морфологія ядра та залежність від середовища — не окремі загадки, а різні прояви тієї самої фізики.