Космология ранней Вселенной - Долгов А.Д.
ISBN 5-211-00108-7
Скачать (прямая ссылка):
приводит к дальнейшему росту брв.
После рекомбинации положение меняется. Флуктуации вещества с длиной волны
больше, чем Я/ (10.1), продолжают нарастать из-за гравитационной
неустойчивости, а флуктуации меньшего масштаба осциллируют, быстро
затухая из-за диффузии фотонов. Возмущения достигают величины порядка
единицы быстрее всего на шкале порядка Я/, что отвечает массе около
1О6М0. Этр характерная величина массы шарового звездного скопления.
Объекты большего размера образуются
180
10. СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ
в этой т'еории позже за счет скучивания более мелких образований в
противоположность обычной адиабатической теорий, где процесс прямо
обратный; Заметим, впрочем, что в адиабатической теории, когда масса
гипотетических невидимых частиц равна 1-2 кэВ, спектр возмущений также
обрезается на М ~ 106Mq, и поэтому положение дел в такой модели сильно
напоминает изотермический случай.
Завершим параграф замечанием, что теория образования структуры Вселенной
переживает сейчас период бурного развития. Можно считать установленным,
что простейшие однОком-понентная модель с плоским спектром флуктуаций не
согла-Ьуется с наблюдениями. Исследуются более сложные модели с
различными типами скрытой массы, с нетривиальным спектром флуктуаций,
проводится численное моделирование систем с большим числом частиц. К
сожалению, прогресс в этой области замедляется из-за того, что физика
частиц дает слишком много вариантов скрытой массы, но ни одного твердо
установленного. То же относится и к спектру флуктуаций. Как мы увидим
ниже, в простейшем варианте инфляционного сценария и бариосинтеза
возникают адиабатические флуктуации с плоским спектром. Однако имеются
интересные модели, приводящие и к изотермическим флуктуациям с выделенным
масштабом в спектре. Наличие таких флуктуаций серьезно повлияло бы на
формирование структуры. Тем не менее, несмотря на все трудности, наше
непонимание сейчас носит количественный, но не качественный характер, и,
видимо, уже в ближайшем будущем грандиозная задача описания
крупномасштабной структуры Вселенной будет решена.
§ 9. ФЛУКТУАЦИИ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
Стандартная модель горячей Вселенной предсказывала существование
космического радиоизлучения, обладающего план-ковским спектром.
Любопытно, что Гамов (1946), сделавший это предсказание, получил оценку
температуры этого излучения Т=6К, довольно близкую к реальности,
основываясь на представлениях, которые оказались ошибочными. При принятом
в то время значении постоянной Хэббла Н = 564 км/с Мпк (оценка самого
Хэббла) возраст Вселенной оказывался слишком малым (tv-2-109 лет),
недостаточным для синтеза тяжелых элементов в звездах. Поэтому Гамов
полагал, что. тяжелые элементы также синтезируются Но время первичного
расширения и оценивал температуру, необходимую для сохранения изотопов с
большим сечением захвата медленных нейтронов.
Предсказание радиоизлучения космологического происхождения было
подтверждено в 1965 г. открытием изотропного из-
9. ФЛУКТУАЦИИ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
181
лучения с планковским спектром и температурой Т-3 К- Оно было открыто при
испытании новой приемной радиоаппаратуры космической связи Пензиасом и
Вильсоном на волне 7,3 см.
Группа под руководством Дикке целеустремленно готовила эксперимент по
поискам реликтового излучения на длине волны 3 см. Однако
экспериментальные данные были ими получены несколько позже, чем
предыдущей группой.
Еще раньше А. Г. Дорошкевич и И. Д. Новиков (1964) построили суммарный
спектр всех источников в нескольких вариантах с реликтовым фоном той или
иной температуры. Оказалось, что в области длин волн около 1 см наиболее
целесообразны поиски реликтового излучения, здесь минимальна сумма
излучения дискретных источников, обладающая максимумами в •оптическом
диапазоне и более длинноволновом радиодиапазоне.
Отметим также, что еще в 1940 г. было отмечено аномальное возбуждение
молекул CN, в межзвездном газе. Энергия возбужденного состояния больше
энергии основного состояния на величину, равную энергии фотона с Х=0,264
см, а степень возбуждения соответствует температуре около 3 К. Анализ
показывает, что такое возбуждение возможно лишь при наличии изотропного
фона излучения. В настоящее время спектр реликтового излучения промерен в
широком интервале длин волн, отступлений от планковского спектра не
найдено.
В первичной плазме при высокой температуре в равновесии находились все
частицы, в частности фотоны. Эти фотоны сейчас мы воспринимаем как
реликтовое излучение. Равновесие фотонов с остальными составляющими
плазмы нарушается при 2Рек=Ю00, и они доходят до нас, распространяясь
практически свободно. Здесь следует подчеркнуть, что само расширение
Вселенной не меняет спектр чернотельного излучения, плотность энергии
фотонов адиабатически уменьшается с сохранением формы спектра.
Инфляция в ранней Вселенной приводит к высокой однородности в
распределении вещества, а следовательно, и фотонов. Такой вывод из теории
