Bölüm 10: Dönel Etkiler

10.1 Rotasyon (Dönme) ve Faraday Motorları

(EKVATORAL KELİMESİ SIKINTILI)

Kütleçekimi Modelinde büyük miktarlarda Kriyojenik (veya Soğuk) Karanlık Maddenin (CDM) varsayılmasının nedenlerinden biri, galaksilerin gözlemlenen dönüşünü açıklamaktır. Gökbilimciler, galaksilerdeki bireysel yıldızların, galaksi merkezinin yörüngesinde kepler kanunlarına göre dönmediğini keşfettiler. Daha spesifik olarak, bir galaksi merkezinin çıkıntısının dışındaki yıldızların tümü, yaklaşık olarak aynı açısal hıza sahiptir, daha çok katı şekilde bağlı bir disk gibi döner, ancak Kepler yasalarına göre, merkezden uzaklaştıkça hız azalmalıdır.

(y ekseninde yukarıya doğru artan) Yıldızların açısal hızlarının, (x ekseni boyunca olan) merkezden uzaklığına karşı çizilmiş bu diyagram, soldan sağa, önce yükselir, sonra yıldızlar başlarken "çıkıntıyı" geçerek düzleşir ve mesafeye bakılmaksızın aşağı yukarı aynı dönüş hızına sahip olur. Bu, bilimde sıklıkla tartışılan şaşırtıcı “düz galaksi dönüşü (flat galaxy rotation)” eğrisidir.

Her galaksinin etrafındaki haleye büyük miktarda Karanlık Madde eklemek, yıldızların olması gerektiği gibi davranmasını sağlamak için kütleçekimi kuvvetini yeterince değiştirebilir. Bu artık astrofizikte Standart Modelin bir parçası olarak kabul edilmektedir. Karanlık maddenin kendisi hiçbir zaman doğrudan gözlemlenmedi veya laboratuvar ortamında ele alınmadı. Ne de olsa tanımı gereği karanlıktır; ve tanım gereği, yalnızca "normal" gözlemlenebilir madde ile kütleçekimi kuvveti aracılığıyla etkileşime girer. Ancak, yıldızların bu şekilde bir galaksiyi yörüngeye oturtabilecekleri başka bir yol daha var.

(yaklaşık 1831-1832, The Electric Life of Michael Faraday'den, Alan Hirshfeld, Walker & Co., 2006) Michael Faraday, diskin ekseniyle hizalanmış bir manyetik alanda dönen bir metal diskin elektrik akımının diskte radyal olarak akmasına neden olacağını buldu, böylece Unipolar İndüktör veya Faraday Jeneratör olarak bilinen ilk jeneratörü icat etti. Bu etki, diskteki elektronlara, manyetik alan boyunca hareket ederken etki eden Lorentz Kuvvetinin bir sonucu olduğu kanıtlandı.

Akım harici bir devre tarafından sağlanıyorsa, disk akımdaki elektronlara etki eden kuvvet tarafından döndürülür. Elbette diskin dönüş hızı, hareket ettirilen akıma karşı çıkan farklı kuvvetler oluşturur ve ikisi arasında bir dengeye ulaşılır. Bu sistem Faraday Motoru olarak bilinir.

Galaksiler, yaydıkları ışığın kutuplaşmasının (polarization of the light they emit) kesin Faraday dönüşü (Faraday rotation measures) ölçümleri (RM) aracılığıyla, dönme eksenleriyle hizalanmış manyetik alanlara sahip oldukları ve yıldızları arasında iletken plazmaya sahip oldukları bilinmektedir. Galaksi düzleminde, Güneş Sisteminde var olduğu bilinen ekvatoral akım levhasına benzer akımlar olduğunu varsayarsak, koşullar Tek Kutuplu İndüktör veya Faraday Motorundakine benzer görünür. Tabii ki bu durumda disk sert değildir. Tam dönüş modu, bir Faraday Motorunda olduğu gibi, radyal hareket ettirilen akım (the radial driving current) ile dönel olarak indüklenen karşıt akım (the rotationally induced opposing current) arasındaki dengeye bağlı olacaktır, gördüğümüz anormal dönüşe neden olan ancak bu elektriksel etkiler olabilir, büyük miktarda görünmez "Karanlık Madde" değil.

Bu bağlamda yakın zamanda, Sloan Dijital Gökyüzü Araştırması tarafından Samanyolu'nun eşlek düzleminde, ancak galaksimizin dışında bir yıldız halkasının keşfini görmek ilginçtir. Samanyolu ekseni boyunca uzanan büyük bir Birkeland Akıntısında bir sıkışma etrafındaki toroidal akımla benzerlik, gördüğümüz oluşumlardan bir kez daha galaktik ölçekteki elektrik kuvvetlerinin sorumlu olabileceğini düşündürmektedir.

Bulutsularda da Faraday Motorlarına benzer yapılar gözlemlenmiştir. En belirgin örneklerden biri, Chandra X-ışını görüntüsünün bir indüktör veya motor düzenlemesinin gerekli tüm unsurlarını çok net bir şekilde gösterdiği Yengeç Bulutsusu'ndadır.

10.2 Sarmal Galaksiler ve Birkeland Akıntıları

Yukarıda adı geçen Anthony Peratt, etkileşimli Birkeland akımlarının hücre içi bilgisayar simülasyonlarını da gerçekleştirmiştir. Uzayda çok yaygın bir form olan çubuklu sarmallar (barred spirals) da dahil olmak üzere sarmal gökadaların şekil ve dönme özelliklerinin, büyük Birkeland akımlarındaki elektromanyetik kuvvetlerin etkileşiminden doğal olarak ortaya çıktığını buldu.

Bu sonuç, kütleçekimi temelli teorilerin yapmayı zor bulduğu galaksilerdeki dönme enerjilerinin kökenini açıklamaya yardımcı olabilir.