Гравитация Том 2 - Мизнер Ч.
Скачать (прямая ссылка):
Можно ли найти
опорную
характеристику
расстояния
для удаленных
объектов?
Определение
эффективного
углового
расстояния
2
476 29. Современное состояние и^будущая эволюция Вселенной
Эффективное
угловое
расстояние
как функция
красного
смещения
Эффективное угловое расстояние как средство для определения, замкнута ли Вселенная?
ФИГ. 29.2.
Зависимость эффективного углового расстояния от красного смещения для двух типичных космологических моделей: открытой (0 < O0 = q0 < 1)
и закрытой (а0 = q0 = 1); космологическая постоянная в обоих случаях равна нулю и Я"1 = 18-100 лет.
[один конец элемента, принятого за основу сравнения находится в точке (хе, ее, Фе), другой—в точке (хе, 0е + 60, ^e)].
Тогда
L = а (te) 2 (Xe) 60
и
га.у.р = а(*г) 2 (Xe) = Ia (*г) 2 (Xe — ir)]a(te)la {tT), т. е. [см. выражение (29.28), где Xr и Xe обменялись местами]
г,.т.р = Д/<1 +*)¦ (29.386)
Здесь R как функция красного смещения источника z и космологических параметров H01 q0, G0 дается в общем случае выражением (29.326) или формулой (29.33), если Л = 0. (Выражение (29.386) видоизменяется, если луч преимущественно пересекает области с низкой плотностью («вакуум между галактиками»); см. формулу (22.37) и работу [472].)
На фиг. 29.2 показана зависимость эффективного углового расстояния от красного смещения для нескольких выбранных наборов необходимых параметров. Если Вселенная замкнута, то очевидно, что эффективное угловое расстояние имеет максимум, грубо говоря, при красном смещении ъ ~ 1. Однако, если Вселенная открыта, поведение кривой существенно различается (фиг. 29.2). Быстрый прогресс радиоастрономии делает все более привлекательной возможность проверки того, является ли Вселенная замкнутой, как это утверждал Эйнштейн (см. [10], стр. 107, 108). Далее, даже с оптическими телескопами мы находимся (в 1973 г.) на грани измерения q0 по эффективному угловому раб-
§ 29.6. Современная плотность Вселенной 477
2
стоянию; в предварительных исследованиях [463] предполагается, что в качестве употребительной длины, которую можно принять за основу сравнения, может быть оптический размер ярчайшей из галактик эллиптического типа.
§ 29.6. СОВРЕМЕННАЯ ПЛОТНОСТЬ ВСЕЛЕННОЙ
Измерение современной средней плотности вещества во Вселенной Рвещ., о —задача исключительно трудная. Большое количество вещества может быть в таких формах, которые астрономы еще не ухитрились наблюдать (межгалактическое вещество, черные дыры и т. д.). Поэтому лучшее, что можно сделать, — это сложить все светящееся вещество в галактиках и рассматривать получающееся число в качестве нижнего предела для рвещ., о- Даже сложение светящегося вещества представляет собой трудную и рискованную задачу, настолько трудную, что по сей день нет более определенного рассмотрения, чем классическая работа Оорта [473]. (Cm., однако, очень подробный обзор проблемы в гл. 4 книги Пиблса [363].) Результат Оорта
^светящегося вещества (2*10 3 г/см3)-[H0Ibb км/(с -Мпс)]2 (29.39)
соответствует
а0 > 0,02 (независимо от величины H0). (29.40)
В качестве примера (хотя и нетипичного) опасности, присущей любой такой оценке, Оорт указывает на скопление галактик в созвездии Дева. Если скопление в Деве не является гравитационно связанным, тогда приблизительно за один миллиард лет его ~2500 галактик, разлетаясь друг от друга, разрушат внешний вид скопления. Если же оно гравитационно связано, зная среднюю скорость галактик скопления друг относительно друга, согласно теореме вириала, можно оценить полную массу скопления. Эта оценка приводит к значению полной массы скопления, в 25 раз превышающему величину массы, полученную по методу Оорта путем сложения светящейся массы скопления.
Хотя определенного свидетельства за или против наличия большого количества вещества (достаточного для замыкания Вселенной) в межгалактическом пространстве нет, имеются косвенные экспериментальные пределы:
1. Если (в соответствии с Эйнштейном) А = 0, тогда O0 — q0\ следовательно, значение параметра замедления, даваемое Сэн-дейджом q0 ^ 1, которое при наиболее диких предположениях относительно эволюции галактики можно протянуть до qa < 10, означает, что
Pm.г. < IO-28 г/см3 (о0 = q0 < 10).
Измерения средней плотности вещества во Вселенной:
1) светящееся вещество в галактиках
2) вещество в межгалактическом пространстве
2
478 29. Современное состояние и будущая эволюция Вселенной
Краткая сводка наблюдательных параметров Вселенной
Некоторые
качественные
достижения
космологии
2. Готт и Ган [474] указывают, что если плотность газа в меж галактическом пространстве была бы >10-30 г/см3 (т. е. если бы ст0 была бы >0,1), то можно было ожидать падение газа на скопление галактик в созвездии Кома с образованием ударной волны, которая бы сильно излучала в рентгеновском диапазоне. Из современных наблюдений в рентгеновской области можно получить верхний предел на количество такого падающего вещества, а отсюда найти предел на плотность газа в межгалактическом пространстве
