Теория распада или теория конденсации? Часть1

Втр, 06/03/2014 - 20:48

Академик Виктор Амазаспович Амбарцумян (1908-1996 гг.)

Шаровое звездное скопление 47 Тукана

Рассеянное звездное скопление М45 «Плеяды»

Спиральная галактика М81

Галактика М 51 из созвездия Гончих Псов

-

Судя по многочисленным публикациям, посвященным современной астрофизике, она находится на подъеме. Положение дел даже сравнивают с революционной ситуацией, сложившейся в физике в начале прошлого века. Но если тогда истина рождалась в спорах, сейчас новые понятия проникают в астрофизику практически без сопротивления. При этом ключевые положения старой теории, вместо того, чтобы обрести окончательную ясность, заменяются наборами гипотез. Современный астрофизик подробно объяснит, что такое космологический вакуум или антигравитация, но на вопрос о происхождении галактик даст расплывчатый ответ, включающий несколько возможных сценариев.

— 1 —

Итак, рассмотрим ситуацию с критической точки зрения.

В основе общепринятой космогонической концепции и связанной с ней космологической теории Большого взрыва лежит классическая теория происхождения звезд путем гравитационного сжатия газопылевой материи. До середины прошлого века единственным источником сведений о Вселенной был видимый свет. К этому времени классическая концепция заняла в астрофизике господствующее положение. Но в результате научно-технического прогресса появились приборы, позволяющие вести наблюдения в самом широком диапазоне волн — от метровых радиоволн до гамма-лучей, где длины волн составляют миллиардные доли миллиметра. Это вызвало нарастающий поток астрономических данных, многие из которых не вписывались в русло классической концепции. Ради согласия теории с фактами астрофизики решились на сомнительный шаг — дополнили ее экзотическими понятиями: темная материя, темная энергия, черные дыры. В результате возникла неуязвимая концепция-кентавр: чем больше открывалось новых фактов, противоречащих классической части концепции, тем больше появлялось аргументов в защиту ее экзотической части, которая, таким образом, росла как на дрожжах. Если бы в свое время физики проявили такую же безоговорочную преданность классическим представлениям, они бы до сих пор открывали все новые и новые свойства эфира, подобно тому, как астрофизики открывают все новые и новые свойства темной материи. К счастью для физиков, они, как правило, могут сделать выбор в пользу той или иной теории с помощью решающего эксперимента. В астрофизике же, где решающий эксперимент невозможен, степень обоснованности теории зависит от количества работ, посвященных ее обоснованию, другими словами — определяется числом сторонников данной теории. В свою очередь, число сторонников теории тем больше, чем больше ее обоснованность. При таких условиях космогоническая концепция, возникшая раньше других, оказывается вне конкуренции.

И все же существует альтернативная концепция, создатели которой внесли в развитие современной астрофизики не меньший вклад, чем их оппоненты, — достаточно того, что они положили начало систематическому изучению взрывных процессов в ядрах галактик. Речь идет о бюраканской концепции, разработанной сотрудниками Бюраканской обсерватории во главе с выдающимся астрономом В.А. Амбарцумяном.

Обе концепции сходятся в следующем. Крупномасштабное строение Вселенной имеет иерархическую структуру. Элементарными строительными единицами являются звезды. Дальше по ступеням иерархии следуют звездные скопления, галактики, скопления галактик. Скопления галактик удаляются друг от друга по закону, называемому законом разбегания галактик:

v = Hr,

где v — скорость удаления скопления галактик от начала системы отсчета, r — расстояние от начала системы отсчета до скопления, H — постоянная Хаббла. Отсюда видно, что некогда в прошлом вся материя Вселенной была сосредоточена в малом объеме и пребывала в сверхплотном состоянии. Начало расширения Вселенной принято называть Большим взрывом. В результате Большого взрыва различные области первоначального сгустка материи получили различные начальные скорости; дальнейшая эволюция этих областей привела к образованию скоплений галактик.

Иерархическое строение Вселенной обусловливает параллелизм сопоставляемых концепций — их общие схемы совпадают.

Согласно и той, и другой, сначала образуются протоскопления галактик. Они распадаются на протогалактики, которые распадаются на протоскопления звезд, которые распадаются на протозвезды. Разница заключается в природе протообъектов. В классической концепции протообъектами являются гигантские облака диффузной материи. Сжимаясь до определенной стадии, они теряют гравитационную устойчивость и распадаются на части, каждая из которых повторяет процесс эволюции в меньшем масштабе, вплоть до образования звезд. В бюраканской концепции протообъектами являются сверхплотные дозвездные тела, включая первоначальный сгусток материи, взрыв которого положил начало расширению Вселенной. Каждый очередной акт распада дозвездного тела повторяет Большой взрыв в соответствующем масштабе: дозвездным телам на более поздней стадии эволюции соответствуют меньшая плотность и меньшее количество энергии, выделяемой при распаде.

При сопоставлении концепций в логическом плане выигрывает отнюдь не классическая. В бюраканской концепции принцип экономии мышления соблюдается, а в классической — нет. Если природа экономна — зачем ей сначала распылять материю из сверхплотного состояния, а затем формировать из нее структуру, — не проще ли совместить оба процесса? В бюраканской концепции с самого начала фигурирует дозвездное тело неизвестной природы — в глазах оппонентов это является основным недостатком теории. Но в классической концепции Вселенная также начинает эволюцию из сверхплотного состояния, о котором ничего не известно. Отодвинув этот факт в сторону, как будто он не имеет отношения к делу, сторонники классической концепции проделывают большой путь и упираются в понятие темной материи, природа которой не более понятна, чем природа дозвездного тела.

В рамках классической концепции существует и более простой сценарий эволюции звездных систем: сначала появляются звезды, из них формируются галактики, из которых образуются скопления галактик. В этом случае галактики должны формироваться очень быстро, чтобы успеть не только образовать скопления, преодолев взаимное разбегание, но и тесно повзаимодействовать, породив неправильные галактики. К тому же, наличие газового диска у галактики трудно объяснить иначе, как эволюцией протогалактического облака. Но время от времени появляются сообщения о том, что в ранней Вселенной обнаружены химические элементы, которые могли возникнуть только в результате гибели звезд первого поколения. Это согласуется с тем, что звезды первого поколения, полностью лишенные тяжелых элементов, до сих пор не обнаружены. Получается, галактики состоят из звезд второго и последующих поколений. Надо думать, звезды первого поколения были настолько массивными, что стали причиной грандиозных коллапсов, эхо которых теперь доносится до нас в виде гамма-всплесков. Чтобы сэкономить время, нужное для образования галактик, можно допустить, что крупные галактики образовались в результате слияния мелких галактик; возможно также, что первичные черные дыры послужили затравками для образования галактик.

Рассматривая астрофизические проблемы, надо помнить, что один и тот же астрономический факт можно трактовать по-разному, — отсюда избыток эволюционных гипотез в астрофизике. Например, существуют три равноправные точки зрения на связь между эллиптическими и спиральными галактиками: спиральные галактики произошли от эллиптических; эллиптические галактики произошли от спиральных; между ними нет эволюционной связи, — вид галактики зависит от начальных условий ее формирования. Что же касается общепринятых взглядов, то и они в любой момент могут быть откинуты. Связь формы эллиптической галактики с ее вращением кажется очевидной. Но, как выяснилось, степень сжатия эллиптической галактики не определяется скоростью вращения, а требует для своего обоснования новых гипотез. Например, среди астрофизиков пользуется популярностью странная гипотеза о происхождении эллиптических галактик путем слияния спиральных галактик. Гипотеза объясняет слишком медленное вращение эллиптических галактик, в остальном же не выдерживает критики. Не меньшей популярностью пользуется и гипотеза о происхождении спиральных галактик путем слияния эллиптических галактик — она объясняет происхождение газового диска у галактики без ссылки на эволюцию протогалактического облака.

Долгое время основным аргументом в пользу бюраканской концепции считалось доказательство нестационарности некоторых звездных систем, члены которых разлетаются в разные стороны, предположительно из общего центра (кстати, отсюда впервые вытекало общепринятое сейчас представление о том, что звезды образуются и в наше время, причем группами, а не поодиночке). Оппоненты замалчивали этот факт, пока не нашли ему простое объяснение. Может случиться так, что масса газопылевого облака, в результате сжатия которого возникает звездное скопление, намного больше массы самого скопления. Новорожденные звезды своим излучением выдувают из скопления лишний газ, в результате чего масса системы уменьшается и она становится гравитационно-несвязанной. Таким образом, гравитационная несвязанность звездных (а по аналогии — и галактических) систем не может служить аргументом в пользу бюраканской концепции.

Что касается критики бюраканской концепции, то она, в основном, вызвана упрощенным представлением о последней. Например, проблема углового момента. При расширении изолированного тела его угловой момент (момент импульса) сохраняется, и, следовательно, скорость вращения уменьшается пропорционально увеличению радиуса. Поэтому быстро вращающаяся звезда не может образоваться в результате расширения сверхплотного тела, как того требует бюраканская концепция. Здесь, очевидно, подразумевается, что дозвездное тело сначала распадается на части, которые затем расширяются до размеров звезд. Но возможна иная картина. Начиная с Большого взрыва, каждый очередной акт распада дозвездного тела происходит в два этапа: сначала дозвездное тело расширяется, уменьшая плотность пропорционально увеличению объема, а затем распадается на части, распределяя между ними угловой момент. В классической концепции та же проблема решается аналогичным образом. Наблюдаемые скорости вращения звезд варьируются в широких пределах. Но если звезда образовалась в результате сжатия протозвездного облака, скорость ее вращения не может быть слишком мала. Значит, процесс образования медленно вращающихся звезд происходит в два этапа: сначала протозвездное облако сжимается, увеличивая плотность пропорционально уменьшению объема, а затем распадается на части, распределяя между ними угловой момент. Таким образом, в рамках обеих концепций закон сохранения момента импульса объясняет, почему звезды и галактики образуют кратные системы.

Следующее замечание касается химического состава звезд, входящих в состав одной и той же звездной системы. Чем моложе звезда, тем больше в ней тяжелых элементов. Это естественно, если звезды образуются из газа: в состав молодых звезд входят продукты жизнедеятельности звезд предыдущего поколения. Кроме того, молодые звезды всегда окружены газом, а некоторые из них, которые можно считать протозвездами, находятся внутри плотных газовых коконов. Если рассматривать распад дозвездного тела как механическое дробление, то оно, конечно, не может привести к таким результатам. Но бюраканскоя концепция претендует на аналогию с биологической эволюцией, а не на аналогию с механическим процессом. Точнее, на аналогию с номогенезом — учением о направленном развитии. Каждый очередной акт распада дозвездного тела — это этап эволюции как макро(мега), так и микроструктуры Вселенной. Газ (водород) — обязательный продукт распада дозвездного тела; в жизнедеятельности дозвездных тел и звезд он играет роль, аналогичную роли воды в жизнедеятельности земных организмов. Таким образом, в рамках обеих концепций момент рождения звезд выглядит одинаково: вспыхивающие звезды разлетаются из своей газовой колыбели.

Защищая аналогию с номогенезом, можно упомянуть антропный принцип: подмечено, что между эволюциями галактик, звезд, химических элементов и живых организмов на Земле существует странная согласованность, несвойственная механическим процессам, но присущая биологическим.

Другие материалы рубрики


  • Уже очень скоро сверхмассивную черную дыру в центре нашей Галактики украсит красочный венец из молодых и ярких звезд. Следы метилового спирта в огромном газовом кольце вокруг нее означают, что в нем уже формируются массивные звезды. Раньше астрономы думали, что черная дыра образованию звезд может помешать.
    В центрах большинства галактик, особенно крупных, находятся сверхмассивные черные дыры, весящие миллионы и даже миллиарды солнечных масс — куда больше тех, что возникают в конце эволюции звезд. Судя по всему, эти объекты зародились еще в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва, породившего нашу Вселенную, и с тех пор лишь росли, постепенно нагуливая массу и освещая свои вселенские окрестности ярким светом активности галактического ядра

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Наблюдая и изучая особенности Млечного Пути, астрономы долгое время не могли понять общую структуру и историю нашей Галактики. До 1920 г. ученые не были уверены, что Галактика — отдельный объект, один из миллиардов подобных. К середине 50-х гг. они наконец составили план Галактики, представляющий собой величественный диск из звезд и газа. В 60-х гг. теоретики считали, что наша Галактика сформировалась на раннем этапе космической истории — по новейшим оценкам, около 13 млрд. лет назад — и с той поры не претерпевала существенных изменений.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4
    • 5


  • Наблюдения на рентгеновской обсерватории «Чандра» показали наличие большого числа маломассивных рентгеновских двойных звезд в эллиптических и линзовидных галактиках, а также в балджах — центральных сферических компонентах — дисковых галактик. Распределение источников по светимостям хорошо описывается двумя компонентами, граница между которыми соответствует светимости порядка (2-3) 1038 эрг/с. Т.к. эта величина примерно соответствует максимальной (т.н. Эддингтоновской) светимости объекта с массой 1.4 Мо, то возможно, что более мощные источники являются аккрецирующими черными дырами, а менее мощные — нейтронными звездами. Т.о. с некоторой долей уверенности можно говорить, что мы видим в галактиках ранних типов — эллиптических и линзовидных — тесные двойные системы как с черными дырами (самые яркие источники), так и с нейтронными звездами (менее яркие).



  • ...И тут внимание исследователей привлекла давняя и очень любопытная гипотеза космических струн. Постичь ее трудно, представить наглядно просто невозможно: струны можно только описать сложными математическими формулами. Эти загадочные одномерные образования не излучают света и обладают огромной плотностью — один метр такой "ниточки" весит больше Солнца. А если их масса так велика, то и гравитационное поле, пусть даже растянутое в линию, должно значительно отклонять световые лучи. Однако линзы уже сфотографированы, а космические струны и "черные дыры" пока существуют лишь в уравнениях математиков. Из этих уравнений следует, что возникшая сразу после Большого взрыва космическая струна должна быть "замкнута" на границы Вселенной. Но границы эти так далеки, что середина струны их "не чувствует" и ведет себя, как кусок упругой проволоки в свободном полете или как леска в бурном потоке. Струны изгибаются, перехлестываются и рвутся. Оборванные концы струн тут же соединяются, образуя замкнутые куски. И сами струны, и отдельные их фрагменты летят сквозь Вселенную со скоростью, близкой к скорости света.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • В нашей Галактике за пределами Солнечной системы обнаружено несколько сотен планет. Исследовать их проще и дешевле при помощи автоматических зондов сверхмалого размера. Запускать эти аппараты можно с Земли из электромагнитной пушки, а ускорять и корректировать орбиты будут гравитационные поля встречных звезд.
    Полеты к звездам — любимая тема фантастов и авторов компьютерных игр. Лихо носятся их звездолеты на просторах Галактики! Вот только неясно — как и зачем? Но эти вопросы не очень волнуют любознательных читателей: «как» — это придумают инженеры, а уж «зачем» — вообще неприлично спрашивать. Вы только представьте: новые неизведанные миры, братья по разуму... Разве это неинтересно?!
    Но не все фантазии удается воплотить в жизнь. Романтическая эпоха поиска внеземных цивилизаций, рожденная в начале 1960-х успехами космонавтики и радиоастрономии, к концу столетия почти сошла на нет.



  • ...Пока ваш звездолет выбирается из гравитационной ловушки Гаргантюа, вы строите планы возвращения домой. К тому моменту, когда вы достигнете Млечного Пути, Земля станет на 2,4 млрд. лет старше, чем во время вашего старта. Изменения в человеческом обществе будут настолько велики, что вы не испытываете особого желания возвращаться на Землю. Вместо этого вы и команда звездолета решаете освоить пространство вокруг какой-нибудь подходящей вращающейся черной дыры. Ведь именно энергия вращения дыры в квазаре 8C 2975 позволяет квазару «проявить себя» во Вселенной, поэтому энергия вращения дыры меньших размеров может стать источником энергии для человеческой цивилизации.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Галактика, в которой мы живем, — Млечный Путь — настоящий исполин по галактическим меркам. Среди галактик местной группы лишь Туманность Андромеды может тягаться с нашим домом по количеству звезд, размерам и массе. Однако сферы влияния гигантов давно поделены, и нашу галактику окружают десятки, а может, и сотни галактик-спутников.
    Сейчас известны по крайней мере 23 спутника нашей галактики. Некоторые из них светятся, как миллиарды солнц, и жителям Южного полушария нашей планеты отлично знакомы Магеллановы облака — крупнейшие спутники нашей Галактики, не заметить которые на ночном небе невозможно даже невооруженным глазом.



  • Космологи в замешательстве. Обычно предметы, брошенные вверх, замедляются. Планеты притягивают объекты, звезды притягивают планеты. Это нормально. Но почему тогда Вселенная расширяется? Отдельные галактики, разбросанные после Большого взрыва в разные стороны, должны притягиваться друг ко другу — и расширение должно замедляться. Но того не происходит: они разлетаются друг от друга с ускорением. Принято считать, что виновата во всем темная энергия, хотя она темная именно оттого, что о ней никто ничего не знает. Но уже ясно точно, что на предельно больших расстояниях гравитация превратилась в отталкивающую силу, а не в притягивающую.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Космические фонтаны из водяного льда, пара и смеси других веществ, поднимающиеся над равнинами луны Сатурна, давно интригуют специалистов. Не хотят сходиться уравнения, описывающие энергетику этого мира, столь удаленного от Солнца. Однако все встает на свои места, если учесть новое открытие: волнующая активность Энцелада по геологическим меркам — мимолетный эпизод.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Давайте вспомним испытание противоспутникового оружия, проведенное 11 января 2007 года Китаем. Почему оно вызвало беспокойство у специалистов космической отрасли? Ведь с 1968-го по 1986-й США и СССР провели свыше 20 таких же испытаний! И с того времени уже было проведено несколько подобных испытаний?! Дело вовсе не в международной безопасности. Или не только в ней.