Сценарій формування великомасштабної структури Всесвіту

Теорія Ліфшиця, розглянута в попередньому пункті, говорить тільки про початкову стадію посилення неоднорідності в розширення Всесвіту. З іншого боку, в даний час досить добре вивчений процес утворення зірок. Але проміжні стадії утворення структури досі залишаються незрозумілими. Це вважається головною проблемою сучасної космології. Тим не менш, за останні десятиліття було зроблено великий крок вперед у розумінні цього процесу, що дозволяє сподіватися на те, що сучасна наука знаходиться на правильному шляху.

Великий внесок у вивчення походження галактик і їх систем вніс видатний радянський фізик Яків Борисович Зельдович (1914-1987). Одним з видатних його досягнень є пророкування існування пористої структури Всесвіту за кілька років до її відкриття в астрономічних спостереженнях. Спробуємо і ми зрозуміти, звідки могла взятися така дивна структура. Для цього ми використовуємо “іграшкову” модель, в якій простір має всього два виміри.

Відповідно до теорії Ліфшиця, згущення (неоднорідності з підвищеною щільністю матерії) з масою більше джінсовской повинні розширюватися повільніше, ніж Всесвіт в цілому, тобто якби ми перебували поблизу центру згущення, її край віддалявся б від нас повільніше, ніж це випливає із закону Хаббла. Очевидно, області, де щільність матерії була трохи менше середньої, навпаки, розширювалися трохи швидше, ніж Всесвіт у цілому. Нагадаємо, що різниця між реальною швидкістю видалення об’єкту і очікуваної на підставі закону Хаббла є пекулярная швидкість. Таким чином, пекулярная швидкість речовини на кордоні областей з підвищеною щільністю була спрямована всередину неоднорідностей, тоді як на кордоні областей зі зниженою щільністю – назовні. Згідно космологическому принципом, області з підвищеною і зниженою густиною були розподілені в ранньому Всесвіті хаотично, тому так само були розподілені і пекулярні швидкості, як показано на рис. 6.5.1, ліворуч. На цьому малюнку буквами (а) і (с) відзначені області з підвищеною і зниженою щільністю відповідно. Ці області розділені один від одного областями (b). Очевидно, частка загального обсягу Всесвіту, займаного областями (c), повинна з часом зростатиме, тобто відстань між точками В, з’єднують ці області, повинно спадати (у порівнянні з розширенням Всесвіту). Тому з часом області (b) повинні витягуватися, утворюючи в кінцевому підсумку тонкі нитки (рис. 6.5.1, праворуч). Отже, наша “іграшкова” Всесвіт придбала порожнисту структуру. У реальному, тривимірної Всесвіту осередки, зрозуміло, повинні бути об’ємними, причому всередині кордонів цих осередків (плоских утворень, названих Зельдовичем “млинцями”) також повинні з часом повинні визрівати двовимірні осередки, відокремлені один від одного нитками – надскупченнями галактик.

Рис. 6.5.1. Освіта комірчастої структури Всесвіту по Я.Б.Зельдовича. Зліва: початкова стадія еволюції неоднорідності; а – області, в яких стиснення йде за двома напрямками, b – області, в яких стиснення йде в одному напрямку і розширення – в іншому, с – області, в яких розширення йде в двох напрямках (у всіх випадках мається на увазі стиснення або розширення по відношенню до Всесвіту в цілому), стрілки – пекулярні швидкості. Справа: результат еволюції згущення і розрідження, показаний зліва (чарункова структура).

Розрахунки, зроблені на комп’ютерах, підтвердили, що слабкі неоднорідності в розширення Всесвіту з часом повинні еволюціонувати в порожнисту структуру типу спостережуваної астрономами в сьогоднішній Всесвіту. Необхідно відзначити, що осередки – це не кінцева, а проміжна стадія розвитку структури Всесвіту. Через багато мільярдів років сверхскопленія повинні будуть розбитися на окремі кулясті гравітаційно пов’язані згущення (згадаємо, що в даний час сверскопленія беруть участь в космологічної розширенні). У цьому сенсі спостережувана ячеистая структура світобудови, ниткоподібні сверхскопленія і комплекси сверхскоплений – не що інше, як структура в процесі становлення. Дуже важливо підкреслити, що ця структура виникає саме через майже однорідного середовища в ході гравітаційної нестійкості останньої, що цілком відповідає космологическому принципом.

Таким чином, космологічна теорія здатна хоча б якісно пояснити походження великомасштабної структури Всесвіту, хоча багато важливі деталі цього процесу ще далеко не ясні.

Вище вже було зазначено схожість між комірчастою структурою Всесвіту і ноздреватой структурою хліба. Ймовірно, ця схожість не випадково. Механізм утворення “ніздрів” приблизно такий: в печі тісто розбухає під впливом високої температури, причому ті місця, де спочатку був невеликий, ледь помітний надлишок тиску, розбухають трохи швидше. Згідно Зельдовича, порожні області між надскупченнями галактик виникають приблизно таким же чином: адже в ранньому Всесвіті існували не тільки згущення, які при розширенні залишатися від середнього темпу розширення, а й області з нестачею речовини, розширює трохи швидше.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Сузір’я Північна Корона