Космология ранней Вселенной - Долгов А.Д.
ISBN 5-211-00108-7
Скачать (прямая ссылка):
знаменателе выражения (10.14) обращается в ноль. Физически это означает,
что сжатие происходит лишь вдоль одной оси, т. е. образуется тонкая
поверхность с большой плотностью.
Разумеется, мы привели только качественные соображения. Изложение строгой
математической теории этих явлений выходит за рамки данной книги.
Упомянем только, что возник-
176
10. СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ
новение сеточной структуры при стохастическом процессе каждый из нас
наблюдал, рассматривая световые блики на обращенной к воде стороне моста.
Изложенная здесь схема еще далека до своего полного количественного
анализа. В частности, пока нельзя считать решенным вопрос перехода
газообразной материи в звезды, галактики. В лучшем случае теория
указывает на некоторые общие свойства распределения светящейся материи.
Напомним еще раз, что эти свойства являются следствием движения с
пренебрежимо малым давлением, что в свою очередь связано С подавлением
коротких волн. Эта картина свидетельствует в пользу адиабатических
флуктуаций в период радиационной доминантности. Очевидно, что все
сказанное здесь справедливо и для нейтринной Вселенной.
Как мы уже отмечали, проблема флуктуаций температуры реликтового фона
заметно смягчается в модели с массивными нейтрино, что в совокупности с
развитием ячеистой структуры кйейтринной Вселенной является веским
аргументом в ее пользу. Однако не следует делать все старки на одну
лршадь, поэтому ниже мы обсудим другиё возможные формы скрытой массы, а
также другой тип флуктуаций.
В заключение отметим, что рассмотренная здесь ячеистая структура не
является последним этапом в эволюции. Сами "блины" гравитационно
неустойчивы относительно движений в плоскости. Они распадаются на
галактики, собираются в нити, в узлы. К моменту, когда границы областей
на рис. 53 замкнутся, часть области уже может быть разрушена. Блины не
являются конечной стадией эволюции. Позднее эволюция должна привести к
большим несвязанным кластерам. То, о чем мы говорили, и то, что мы видим
на небе, является промежуточной фазой, промежуточной асимптотикой. С этой
точки зрения наша Вселенная еще очень молода.
§ 7. СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ В МОДЕЛЯХ СО СКРЫТОЙ
МАССОЙ
Мы уже говорили, что наиболее естественным кандидатом на роль носителя
скрытой массы Вселенной является нейтрино, и если данные о том, что масса
нейтрино достигает величины ~20 эВ (эксперимент ИТЭФ), подтвердятся,
вопрос будет безоговорочно решен в пользу нейтринной модели. Однако мы
пока не можем быть уверены в том, что исключены другие варианты. В
отличие от нейтрино, которое заведомо существует, другие возможные
носители скрытой массы являются чисто гипотетическими, их существование с
той или иной степенью достоверности предсказывается (или, может быть,
лучше сказать, разрешается) теорией, но прямые экспериментальные до-
7. МОДЕЛИ СО СКРЫТОЙ МАССОЙ
177
казательства их существования отсутствуют. Общим свойством этих
гипотетических частиц является либо очень слабое взаимодействие, либо
довольно большая масса, что затрудняет их непосредственное наблюдение в
лабораторных экспериментах.
Не вдаваясь в физическую природу носителей скрытой массы, в литературе ее
делят на три типа: горячая, теплая и холодная.
Носителями горячей скрытой массы являются частицы, которые были в
тепловом равновесии с первичной плазмой вплоть до 7^ 100 МэВ, и поэтому
их количество по порядку величины такое же, как количество реликтовых
фотонов. В силу этого их масса ограничена величиной в несколько десятков
элек-тронвольт. Термин "горячая" связан с тем, что в момент выключения
взаимодействия с плазмой эти частицы являются релятивистскими. Остывая
при расширении Вселенной, они в какой-то момент становятся
нерелятивистскими, и если их плотность энергии превосходит плотность
энергии барионов (а именно этот случай и представляет интерес), то они
начинают доминировать во Вселенной. Случай горячей скрытой массы мы уже
рассмотрели на примере нейтрино и не будем к нему возвращаться. Напомним
только, что в случае горячей скрытой массы подавлены флуктуации меньше
размера скоплений галактик (см. (10.10) и (10.11)).
Для частиц холодной скрытой массы минимальный размер флуктуаций меньше
размера галактик, и поэтому затухание возмущений за счет свободного
разлетания этих частиц для космологии не существенно. Примером носителя
холодной скрытой массы мог бы быть тяжелый нейтральный лептон с массой
выше нескольких ГэВ (в соответствии с космологическим ограничением). В
момент отключения эти частицы являются нерелятивистскими, и с этим связан
термин "холодная". Концентрация реликтовых тяжелых лептонов должна быть,
по крайней мере в 108 раз ниже концентрации реликтовых нейтрино.
Более популярным вариантом холодной скрытой массы является когерентно
осциллирующее аксионное поле. Аксион-ги-потетическая частица,
существование которой обеспечило бы естественное сохранение СР (С -
зарядовая, а Р - простран-¦ ственная четности) в сильных взаимодействиях.
