ГлавнаяSpace → Крупномасштабная структура Вселенной

Крупномасштабная структура Вселенной

21 Авг 2015

Если смесь вещества и излучения, из которой состояла ранняя Вселенная, рассматривать как идеальный газ, то следствия возмущений плотности очевидны. Любое локальное сжатие плотности в достаточно большой массе приведет к гравитационной неустойчивости и коллапсу. На меньших масштабах сила гравитации не в состоянии преодолеть растущее давление газа, вызванное увеличением плотности. Поэтому подвергшийся сжатию малый объем газа «разожмется» и станет разреженным, причем возмущение будет

распространяться подобно звуковой волне, т.е. области сжатия и разрежения будут чередоваться вдоль пути волны.

Короткие звуковые волны в воздухе затухают на расстоянии каких-нибудь нескольких десятков метров от источника, потому что частицы, попавшие в области сжатия, рассеиваются, а энергия их упорядоченного движения переходит в тепло. Точно так же в космической среде звуковые волны, кроме самых длинных, вызванные возмущениями плотности, теряют энергию и затухают. Кроме того, частицы и фотоны в ранней Вселенной были слишком плотно упакованы, чтобы их можно было рассматривать как идеальный газ. На протяжении 300 000 лет после начала расширения энергия излучения была достаточна для полной ионизации вещества. Число фотонов превышало число электронов в 100 млн. раз. По этой причине свободные электроны (позднее захваченные протонами и ядрами гелия с образованием нейтральных атомов водорода и гелия) непрерывно подвергались фотонной бомбардировке, свободно рассеивали фотоны и сами рассеивались на фотонах. Такая состоящая из электронов, фотонов н ядер смесь представляет собой вязкую жидкость, в которой средняя длина свободного пробега фотонов невелика.

Вследствие рассеяния свободных электронов на излучении любое их перемещение сквозь излучение становится подобным движению сквозь застывшую вязкую патоку. Поэтому вязкость жидкости препятствует росту гравитационных неустойчивостей, порожденных одной лишь аккрецией вещества. Кроме того, как и в идеальном газе, высокое давление излучения предотвращает гравитационный коллапс на любых масштабах, за исключением самых больших. Возмущения, сохранившиеся в вязкой жидкости, т.е. устоявшие против гравитационного коллапса, можно рассматривать как звуковые волны.

Как упоминалось выше, согласно теориям великого объединения, отношение плотностей излучения и вещества должно оставаться неизменным, поэтому сжатие фотонов должно сопровождаться сжатием частиц. Если же расстояние, пройденное излучением с начала расширения Вселенной, больше расстояния поперек сжимающейся области излучения, то фотоны не будут принимать участия в сжатии, а должны уносить свою долю энергии из областей неоднородности. Поскольку фотоны гораздо более многочисленны, чем частицы с массой покоя, они унесут почти всю энергию возмущений. В результате неоднородности с характерным размером меньше среднего радиального перемещения фотона за время от начала расширения будут затухать.

Страницы: 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10




Рекомендуем к прочтению



Здесь вы можете написать отзыв

* Текст комментария
* Обязательные для заполнения поля