Введение

В последние годы проблема существования скрытых масс во Вселенной постоянно привлекает внимание ученых. В статье академика В. Гинзбурга [1] эта проблема указана как одна из важнейших в физике. Суть ее заключается в следующем. Наблюдение за распределением скоростей звезд в спиральных галактиках показывает, что вне центральной ее части скорости звезд не убывают, по закону, как это следовало бы в случае, если бы вся масса галактики была сосредоточена в ее центральной части, а практически остаётся постоянной до расстояний, как предполагается, в десятки раз превышающих размеры ядра галактики. Такую зависимость скоростей звезд от их расстояний до центра галактики можно было бы объяснить, предполагая, что вне светящегося ядра галактики имеется невидимое вещество, составляющие корону галактики, масса которого пропорциональна , т.е. , где A=const. В этом случае круговые скорости звезд вне галактик стали бы равными. Это предполагаемое, невидимое вещество и называют скрытой массой. Существование этих масс в значительной степени меняет наши представления о структуре Вселенной, многих представлениях о процессах, происходящих во Вселенной, и в значительной степени определяет ее эволюцию. Обнаружение СМ, если таковые существуют, может заметно изменить наши представления об окружающем мире.

Одна из попыток обнаружения скрытых масс заключается в том, что если на пути какого-нибудь далекого источника света попадает очень плотное, но невидимое тело, то лучи света далекого объекта, вследствие притяжении их этим телом (эффект Эйнштейна [2,4]) фокусируются за этим телом, играющим роль гравитационной линзы (ГЛ), при этом яркость объекта увеличивается. Если какой-нибудь из данных объектов движется, то эффект линзирования проявляется во временном изменении (усилении) яркости светящегося объекта. Наблюдения показывают, что такие темные микролинзы существуют [4].

Но обнаружение отдельных темных тел еще ничего не говорит за то, что они могут составлять всю массу короны галактик, величина которой на порядок больше массы видимой части.

В работе рассмотрены возможности обнаружения невидимой короны галактик, считая их огромными прозрачными ГЛ. Рассмотрим следующую модели ГЛ. Будем считать, что ее центральная часть (ядро галактики) непрозрачна и имеет размеры r0~5 Кпк. Корона галактики состоит из прозрачного (невидимого) вещества -скрытой массы и простирается до расстояний r~50 Кпк. Как известно [2] вблизи края массивного сферического тела световые лучи отклоняются под углом. Но поскольку в нашем случае (короны), масса ее, как мы считаем, , то в области вне вплоть до угол преломления будет одинаков и равен:

Кстати, поскольку порядок круговых скоростей в галактике ~250 км/с, то из следует, что A~10²¹ и угол преломления имеет порядок 10^-7, или 2``.

Ход лучей в (и вблизи) такой ГЛ можно представить так.(рис.1.)

В области 1 за непрозрачным ядром - область тени, так же как и в области 2 (при отсутствии дифракционного рассеивания). Но в отличие от первой области, во второй- освещенность с удалением от линзы не будет постоянной. Она будет увеличиваться, т.к. на эту область будут наслаиваться лучи из области выше r₀. Заметим, что область 1 на порядок меньше светлого изображения. Сравнительные оценки показывают, что если (с учетом предполагаемого выше оценочного радиуса линзы и угла преломления) фокус линзы будет располагаться на расстояния порядка 10⁵ Мпк (на рисунке – точка f), а поскольку размеры видимой части всей вселенной ~10³ Мпк, то наблюдатель может находиться только внутри промежутка, ограниченного последним расстоянием. На рисунке 1 прямой AB обозначена видимая граница Вселенной. Каким будет изображение реального объекта, находящегося до точки f ? Будем полагать, что источник очень удален (квазар), галактики располагаются на расстояния более 1 Мпк.

При центральном расположении секущей источник – линза – наблюдатель, находящейся в плоскости (положение I на рисунке 1) изображение будет иметь следующий вид. В центральной части плоскости будет тень от центрального непрозрачного ядра галактики, которое будет иметь размеры:

,

где - расстояние от центра линзы до плоскости, а - фокусное расстояние линзы. Далее будет кольцо, образованное лучами от источника, преломленными областью скрытых масс, яркость которого будет больше реальной яркости источника в , где -отношение площади OO` к площади проекции на плоскости. Внешний радиус этого кольца будет равен

.

И, наконец, следует кольцо, образованное областью, находящеюся за r. Яркость его будет значительно меньше, чем предыдущего кольца, но больше реальной яркости источника. Так как вероятность того, что наблюдатель будет находиться на фокальной оси довольно мала, то рассмотрим нецентральное его расположение (рисунок 2).

Естественно, пока будем находиться в области 1, в области тени, (рис.1), мы ничего не увидим. Если мы выйдем в пределы конуса, образованного областью скрытых масс, то из-за того, что сходящихся лучей нет (в области AB), мы не увидим точечного изображения источника. Напротив, будет изображение в виде полуколец, подобных тем, что представлены на рисунке 2. Можно заметить, также, некоторую вытянутость изображения из-за того, что мы располагаемся под углом к линзе.

Если мы выйдем за границы конуса, то уже будем иметь сходящиеся лучи, и, следовательно, можем наблюдать точечное мнимое изображение источника (точка S на рисунке 2). При дальнейшем удалении от фокальной плоскости, это мнимое изображение будет смещаться, и, наконец, исчезнет, и будет видно реальное изображение источника. Удвоение изображений наблюдаться не будет. Данные наблюдений кольцевых образований и дуг могут быть истолкованы в пользу существования скрытых масс, но не позволяют однозначно говорить об этом.

Показано, что фокусировки в таких гравитационных линзах со скрытыми массами практически не существует, изображения размыты и имеют вид либо кольца, либо дуг. Проведены оценки возможных размеров изображений, по которым можно пытаться обнаружить скрытые массы галактик.

Список литературы.

1. В.Л. Гинзбург. Какие проблемы физики и астрофизики представляются сейчас особенно важными и интересными. “Успехи физических наук”, №4, том 169, 1999, С. 419-442
2. Блиох П.В., Минаков А.А. Гравитационные линзы. М.: Знание, 1990. С. 3-62.
3. В. Г. Сурдин. Портрет вселенной сквозь гравитационную линзу. “Знание-Сила”, №9, 1998
4. Черепащук А.М. Гравитационное микролинзирование и проблема скрытой массы. “Соросовский образовательный журнал”, №3, 1998. С. 92-99.