[论文解读] Evolution of proto-galaxy-clusters to their present form: theory and observations

Carl H. Gibson, R. Schild|arXiv (Cornell University)|Apr 12, 2010

Galaxies: Formation, Evolution, Phenomena参考文献 39被引用 6

一句话总结

本文提出星系团通过大爆炸后的湍流电浆中的流体-引力动力学（HGD）形成，原星系超星系团在大爆炸后30,000年出现。该理论认为恒星由行星合并形成，非重子暗物质（NBDM）主导质量，且宇宙微波背景（CMB）异常与星系自转轴对齐，挑战了冷暗物质分层聚集理论，主张结构形成源于原初湍流与粘性-引力破碎。

ABSTRACT

From hydro-gravitational-dynamics theory HGD, gravitational structure formation begins 30,000 years (10^12 s) after the turbulent big bang by viscous-gravitational fragmentation into super-cluster-voids and 10^46 kg proto-galaxy-super-clusters. Linear and spiral gas-proto-galaxies GPGs are the smallest fragments to emerge from the plasma epoch at decoupling at 10^13 s with Nomura turbulence morphology and length scale L_N ~ (γν/ ρG)^1/2 ~10^20 m, determined by rate-of-strain γ, photon viscosity ν, and density ρof the plasma fossilized at 10^12 s. GPGs fragment into 10^36 kg proto-globular-star-cluster PGC clumps of 10^24 kg primordial-fog-particle PFP dark matter planets. All stars form from planet mergers, with ~97% unmerged as galaxy baryonic-dark-matter BDM. The non-baryonic-dark-matter NBDM is so weakly collisional it diffuses to form galaxy cluster halos. It does not guide galaxy formation, contrary to conventional cold-dark-matter hierarchical clustering CDMHC theory (Γ=0). NBDM has ~97% of the mass of the universe. It binds rotating clusters of galaxies by gravitational forces. The galaxy rotational spin axis matches that for low wavenumber spherical harmonic components of CMB temperature anomalies and extends to 4.5x10^25 m (1.5 Gpc) in quasar polarization vectors, requiring a big bang turbulence origin. GPGs stick together by frictional processes of the frozen gas planets, just as PGCs have been meta-stable for the 13.7 Gyr age of the universe.

研究动机与目标

• 解释大爆炸后原初电浆湍流中原星系团的形成过程。
• 通过提出流体-引力动力学（HGD）替代模型，挑战传统的冷暗物质（CDM）分层聚集模型。
• 通过大爆炸湍流的共同起源，解释观测到的星系自转轴对齐与CMB温度异常。
• 解释非重子暗物质（NBDM）如何在不引导星系形成的情况下主导星系团的引力束缚。
• 证明恒星完全由行星合并形成，其中97%的重子质量以未合并的暗物质行星形式残留。

提出的方法

• 应用流体-引力动力学（HGD）理论，模拟大爆炸后10^12秒原初电浆的粘性-引力破碎过程。
• 利用诺穆拉湍流理论，根据应变率γ、光子粘性ν和电浆密度ρ，确定特征长度尺度L_N ~ 10^20 m。
• 将原星系超星系团（10^46 kg）建模为大爆炸后10^13秒电浆解耦时形成的碎片，形成线性与螺旋状气体原星系（GPGs）。
• 预测GPGs进一步破碎为10^36 kg的原球状星团（PGC）团块与10^24 kg的原初雾粒子（PFP），即暗物质行星。
• 通过非重子暗物质（NBDM）的引力束缚分析星系团的形成，NBDM因弱碰撞性而扩散并形成晕。
• 将星系的自转轴与CMB异常的低波数球谐分量及类星体偏振矢量进行比较。

实验结果

研究问题

• RQ1 在大爆炸后最初的30,000年内，原星系团如何从原初电浆湍流中形成？
• RQ2 粘性-引力破碎在形成超星系团-空洞结构与原星系超星系团中起什么作用？
• RQ3 为何星系自转轴在高达1.5 Gpc的尺度上与CMB温度异常及类星体偏振矢量对齐？
• RQ4 若非重子暗物质（NBDM）不引导星系形成，它如何束缚星系团？
• RQ5 若恒星完全由暗物质行星合并形成而非气体坍缩，其起源是什么？

主要发现

• 原星系超星系团（10^46 kg）在大爆炸后30,000年通过电浆的粘性-引力破碎形成。
• 湍流的特征尺度L_N约为10^20 m，由诺穆拉湍流模型中的应变率γ、粘性ν和密度ρ确定。
• 气体原星系（GPGs）破碎为10^36 kg的原球状星团（PGC）团块与10^24 kg的原初雾粒子（PFP），即暗物质行星。
• 恒星完全由PFP行星的合并形成，约97%的重子质量以未合并的暗物质行星形式残留。
• 非重子暗物质（NBDM）占宇宙总质量的约97%，通过引力作用束缚星系团，但不引导星系形成。
• 星系自转轴与低波数CMB异常及类星体偏振矢量对齐，延伸至4.5×10^25 m（1.5 Gpc），支持大爆炸湍流起源。