Теория распада или теория конденсации? Часть1

Втр, 06/03/2014 - 20:48

— 2 —


Взаимодействующие галактики.
Фотографии, рассматриваемые слева направо, иллюстрируют классическую концепцию, рассматриваемые справо налево – бюраканскую

Группа взаимодейств. галактик в созвездии Геркулеса

Группа взаимодействующих галактик в созвездии Змеи, называемая секстетом Сейферта. Спиральная галактика, видимая плашмя, во взаимодействии не участвует

Бюраканская концепция имеет прямое отношение к проникновению в астрофизику понятия темной материи. Парадокс, связанный с доказательством нестационарности скоплений галактик, был известен давно, но спохватились, когда сторонники бюраканской концепции воспользовались им как аргументом в свою защиту. Суть парадокса в следующем. Если скопление галактик находится в стационарном состоянии, то удвоенная кинетическая энергия галактик должна равняться взятой с обратным знаком потенциальной гравитационной энергии скопления. Скорости галактик можно определить по эффекту Доплера, полагая, что распределение скоростей для всех направлений одинаково. Зная суммарную массу галактик, можно определить гравитационную энергию скопления. Масса отдельной галактики оценивается по ее светимости. Расчеты, выполненные для многих скоплений, показали, что видимые массы галактик не могут обеспечить устойчивость скоплений.

С другой стороны, если считать скопления расширяющимися вследствие неустойчивости, видимой массы также оказывается недостаточно, чтобы связать наблюдаемые размеры скоплений с их возрастом. Но в бюраканской концепции скрытая масса присутствует изначально — это не поддающаяся строгой оценке масса дозвездного вещества, содержащегося в каждой галактике. Другие неизвестные свойства дозвездного вещества также вносят неопределенность в законы, управляющие движением галактик. Например, недавно выяснилось, что регулярное хаббловское расширение прослеживается не только по далеким галактикам, но выполняется и для ближайших галактик. Распределение ближайших галактик очень неоднородно — значит, движение галактик слабо связано с их пространственным расположением, и кинематикой галактик руководит не их масса, а нечто другое. В классической концепции этот вопрос решается в характерном для современной космологии стиле: кинематикой далеких галактик руководит скрытая масса, кинематикой ближайших галактик — космологический вакуум.

Допустим, неустойчивость скоплений проявляется в их медленном расширении. Уменьшение плотности с возрастом для скоплений галактик подтверждается наблюдениями. Но скопления могут расширяться не вследствие изначальной неустойчивости, а постепенно теряя массу из-за «испарения» межгалактического газа, подогреваемого излучением галактик.

В ранней Вселенной астрономы наблюдают достаточно много сверхплотных компактных галактик, сравнимых по массе с обычными галактиками, но гораздо меньших по размеру. На более поздних этапах развития Вселенной они отсутствуют. Исчезновение компактных галактик можно объяснить их превращением в обычные галактики в результате быстрого расширения, темп которого постепенно замедлился. Но можно предположить, как это делается в рамках классической концепции, что все без исключения компактные галактики закончили существование слиянием с другими галактиками.

Недостаток массы обнаружился и при изучении движения вещества в отдельных галактиках. Для разрешения противоречия ввели понятие темной материи, под которым изначально можно было понимать обычное несветящееся вещество — холодный газ, межзвездную пыль, погасшие звезды. Но к этому времени обнажились проблемы в космологии, и темная материя пришлась как нельзя кстати. Согласно классической схеме, вскоре после Большого взрыва Вселенная представляла собой горячую однородную плазму с небольшими флуктуациями плотности, которые впоследствии привели к образованию скоплений галактик. Но реликтовое фоновое излучение свидетельствовало о величине флуктуаций, недостаточной для нужд космологии. Значит, сгущения вещества в ранней Вселенной состояли из темной холодной материи, не взаимодействующей с излучением. В дальнейшем свойства темной материи неоднократно уточнялись, в зависимости от построений космологов, придерживающихся той или иной гипотезы. Например, когда кандидатом на роль темной материи стало нейтрино, появилась следующая линия рассуждений. Так как давление излучения не препятствует сгущению темного вещества, оно конденсируется очень быстро, стимулируя конденсацию обычного вещества. На раннем этапе развития Вселенной это ведет к быстрому образованию галактик, что подтверждается наблюдениями. Но в дальнейшем накопление темной материи должно было как-то притормозиться. Значит, первичная темная материя — нестабильная субстанция. Сыграв свою роль в образовании галактик, она распалась, и продукты ее распада — слабовзаимодействующие частицы, составляющие однородную скрытую массу современной Вселенной.

В дальнейшем оказалось, что нейтрино, обладающее вполне реальными свойствами, не годится на роль темной материи, и ее разделение на первичную и вторичную стало неактуальным. Более взвешенная точка зрения на природу темной материи заключается в следующем. Существуют четыре фундаментальных взаимодействия. Изначально все они были объединены. Разделение произошло в первую секунду расширения Вселенной. Сначала отделилось гравитационное взаимодействие, затем оставшиеся разделились на сильное и электрослабое. Наконец, сравнительно поздно, электрослабое взаимодействие распалось на слабое и электромагнитное. Каждое взаимодействие переносится определенным видом частиц. При отделении гравитационного взаимодействия небольшая доля частиц-переносчиков единого взаимодействия превратилась в частицы-переносчики сильного и электрослабого взаимодействий, но большая часть не успела этого сделать. Она-то и составляет скрытую массу Вселенной. Обнаружить темную материю можно только с помощью сил гравитации или воссоздав условия первой секунды жизни Вселенной.

Аналогичные построения возможны и в бюраканской концепции. Разделение взаимодействий соответствует выделению определенных структурных уровней материи. Но выделение структурных уровней происходит не только в микро- и макромире, но и в мегамире. Поэтому можно предположить, что существуют, по крайней мере, два вида гравитационного взаимодействия. Первый вид руководит движением тел на уровне звезд, второй — на уровне галактик. Отклонение движения галактик от классических законов объясняется неучтенными параметрами взаимодействия.

«Неучтенные параметры» и «темная материя» — сущности одной природы, место которым среди гипотез.

Другие материалы рубрики


  • Юпитер называют планетой загадок. В статье высказывается гипотеза о причинах феномена «горячих теней» — наиболее таинственного и малоисследованного процесса, наблюдаемого в атмосфере гигантской планеты.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • В своей ранней молодости Марс, похоже, подвергся удару, навсегда изменившему облик планеты. Объект размером с Плутон врезался в планету с севера, разделив ее на две половины — низкий север и высокий юг. Крупнейший кратер Солнечной системы сохранился до наших дней.



  • ...Итак, согласно полученным результатам, в конце первой секунды температура достигла 1010 К — это слишком много для того, чтобы могли существовать сложные ядра. Все пространство Вселенной было тогда заполнено хаотически движущимися протонами и нейтронами, вперемешку с электронами, нейтрино и фотонами (тепловым излучением). Ранняя Вселенная расширялась чрезвычайно быстро, так что по прошествии минуты температура упала до 108 К, а спустя еще несколько минут — ниже уровня, при котором возможны ядерные реакции...

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Объект, отснятый близ звезды, сходной с Солнцем, не вписывается в привычные теории формирования планет. Специалистам еще предстоит разобраться с особенностями рождения этого странного мира, а широкая публика просто любуется снимками. Еще бы — не каждый день можно увидеть планету другой звезды, пусть и открыты их сотни.
    Звезда 1RXS J160929.1-210524 расположена примерно в 500 световых лет от нас. Она очень похожа на Солнце. Ее «вес» равен 85% массы нашей родной звезды. Правда, это светило значительно моложе нашего — 210524 возникла порядка пяти миллионов лет назад.
    Новая планета, по расчетам астрономов, обладает массой примерно в восемь масс Юпитера. И она не была бы такой уж уникальной, если б не два обстоятельства. Первое — она «вживую» запечатлена на снимках. А о втором скажем позже.
    Впервые астрономы непосредственно увидели объект планетарной массы на орбите вокруг звезды, такой как Солнце, и если подтвердится, что этот объект действительно гравитационно привязан к звезде, это будет крупным шагом вперед.
    Интригу, впрочем, принесло не яркое достижение наблюдательной астрономии как таковое, а выявленные параметры системы.



  • 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


  • 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).



  • 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.



  • ...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


  • ...Несмотря на то, что идея коллапса кажется простой (при сжатии ядра выделяется энергия гравитационной связи, за счет которой выбрасываются внешние слои вещества), трудно понять процесс в деталях. В конце жизни у звезды с массой более 10 масс Солнца образуется слоеная структура, с глубиной появляются слои все более тяжелых элементов.
    Ядро состоит в основном из железа, а равновесие звезды поддерживается квантовым отталкиванием электронов.
    Но в конце концов масса звезды подавляет электроны, которые вжимаются в атомные ядра, где начинают реагировать с протонами и образовывать нейтроны и электронные нейтрино. В свою очередь, нейтроны и оставшиеся протоны прижимаются друг к другу все сильнее, пока их собственная сила отталкивания не начнет действовать и не остановит коллапс.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Прошло без малого сто лет с того момента, как были открыты космические лучи-потоки заряженных частиц, приходящих из глубин Вселенной. С тех пор сделано много открытий, связанных с космическими излучениями, но и загадок остается еще немало. Одна из них, возможно, наиболее интригующая: откуда берутся частицы с энергией более
    1020 эВ, то есть почти миллиард триллионов электрон-вольт, в миллион раз большей, чем будет получена в мощнейшем ускорителе — Большом адронном коллайдере (LHC)? Какие силы и поля разгоняют частицы до таких чудовищных
    энергий?

    • Страницы
    • 1
    • 2