Посилення неоднорідностей в розподілі речовини у Всесвіті

Отже, слабкі неоднорідності з розміром менше джинсового довжини є звуковими хвилями, що поширюються на тлі розширення Всесвіту. В протилежному випадку сила тяжіння речовини до центру згустку гальмує розширення речовини в цьому районі. Як говорилося в §4.2, розширення Всесвіту в цілому теж гальмується силою тяжіння, але оскільки щільність згустку хоча б трохи перевищує середню щільність Всесвіту, уповільнення розширення згустку трохи сильніше (рис. 6.4.1). Тому розширення неоднорідності з підвищеною щільністю відстає від розширення Всесвіту. Рано чи пізно розширення згустку зупиняється, він починає стискатися і в підсумку утворює гравітаційно пов’язану систему.

Швидкість розширення слабкою неоднорідності щільності – згустка речовини (суцільна крива) менше швидкості розширення абсолютно однорідною Всесвіту (пунктир), внаслідок чого згусток поступово відстає від загального розширення Всесвіту.

Відзначимо, що основи теорії посилення неоднорідності в розширення Всесвіту заклав радянський фізик Е.М.Ліфшіц (1915-1985) в 1946 році. Зауважимо, що в сталінські роки заняття космологією в нашій країні вимагали від ученого великого особистої мужності, оскільки теорія Всесвіту була визнана ідеалістичної і шкодить справі побудови комунізму, а розвивав її вчений ризикував тим, що його могли оголосити “ворогом народу” з усіма витікаючими звідси наслідками …

Оскільки Всесвіт розширюється, її параметри, в тому числі швидкість звуку і середня щільність, змінюються з часом. Зокрема, до рекомбінації у всіх рухах брали участь і світло і речовина, які були тісно пов’язані один з одним. В ту далеку епоху пружність середовища визначалася світлом; обчислення показують, що швидкість звуку була майже дорівнює швидкості світла (точніше, мало місце співвідношення) і джінсовская довжина була тільки трохи менше розміру космічного горизонту. Тому всі згущення, помещавшиеся до рекомбінації в межі горизонту видимості, були звуковими хвилями (причому це був звук, що складався з світла і плазми – вогненний звук!). Після рекомбінації речовина різко стало прозорим, все фотони вилетіли з згущені, що призвело до різкого зниження пружності середовища і, отже, зменшення джінсовской довжини. Навіть згущення з масами близько мільйона мас Сонця змогли почати стискуватися (на тлі загального розширення середовища), і тільки тоді почався процес формування структури Всесвіту. Таким чином, наша Галактики, як і інші галактики, а також скупчення і надскупчення галактик, колись були звуком. На жаль, це була не космічна музика, про яку колись мріяли піфагорійці, а швидше хаотичний шум …

Важливу роль у розвитку гравітаційної нестійкості в розширення Всесвіту грала прихована маса. Оскільки вона складається, ймовірно, через слабовзаємодіючих частинок, тиск випромінювання не могло перешкоджати утворенню величезних хмар темної матерії. Ці хмари з’явилися тими “потенційними ямами”, які після рекомбінації послужили зародками для конденсації газу. Маси хмар темної речовини залежали від мас складових їх частинок. Якщо темна матерія складається з нейтрино (так звана гаряча темна матерія), то маси хмар приблизно відповідали масам сверхскоплений галактик. У цьому випадку першими утворювалися прото-сверхскопленія галактик, які потім розпадалися через гравітаційної нестійкості на протоскопленій і протогалактики (еволюція “зверху вниз”). В даний час цей сценарій відкидається більшістю учених. Справа в тому, що в моделях з гарячою темною матерією галактики повинні формуватися дуже пізно, при червоних зсувах близько одного-двох, але в даний час відкрито дуже багато набагато більш далеких галактик і квазарів.

Якщо ж темна матерія складається з частинок більш високої маси, ніж маса нуклонів (гравітіно, Фотинії та ін .: холодна темна матерія), то маси хмар були набагато менше мас окремих галактик. У цьому випадку першими утворювалися об’єкти типу зоряних скупчень, які потім скупчуються в системи більш високого рівня (еволюція “знизу вгору”). Цей сценарій зараз вважається найбільш імовірним. Сильним аргументом на його користь є той факт, що далекі галактики, що потрапили в Хаббловском глибоке поле, менше за розміром, ніж близькі, тобто сучасні нам зоряні системи – адже при об’єднанні галактик вони повинні рости. Не виключено, втім, що в майбутньому переможе комбінація цих сценаріїв, в якій крім холодної є і домішка гарячої темної матерії.

...
ПОДІЛИТИСЯ: