<< 11.2 Goryachaya Vselennaya
| Oglavlenie |
11.4 Reliktovoe izluchenie >>
Razdely
11.3 Pervichnyi nukleosintez ("pervye tri minuty")
Pri temperautrah
MeV yadra sushestvovat' ne mogli, t.k. oni effektivno
razrushalis' pri stolknoveniyah s fotonami, elektronami i pozitronami. Imelis'
lish' protony i neitrony. Po mere rasshireniya Vselennoi i snizheniya temperatury
(
) koncentraciya neitronov snizhalas' v sootvetstvii s
raspredeleniem Bol'cmana v ravnovesnom gaze:
 |
(11.18) |
gde raznost' mass pokoya neitrona i protona

MeV. Ravnovesie podderzhivalos' reakciyami slabogo vzaimodeistviya.
Esli by termodinamicheskoe ravnovesie podderzhivalos' po mere ostyvaniya i
dal'she, to ochevidno, koncentraciya neitronov eksponencial'no stremilas' by k
nulyu, i ni o kakom nukleosinteze ne bylo by i rechi. Odnako ostyvanie
privodit k narusheniyu ravnovesiya pri takoi temperature (

MeV), chto otnoshenie koncentracii protonov i neitronov "zastyvaet"
(angl. "freeze") na znachenii 0.19. Neitrony soedinyayutsya s protonami s
obrazovaniem yader deiteriya

,
a energii i koncentracii fotonov uzhe ne
hvataet dlya razrusheniya obrazovavshihsya yader deiteriya. Proishodit nakoplenie
yader i idut dal'neishie reakcii:
Dal'she reakcii ne idut, t.k. v prirode net ustoichivyh himicheskih elementov s
atomnym nomerom 5, a koncentraciya yader He eshe slishkom nizka, chtoby mogli
effektivno idti reakcii

,

.
Epoha pervichnogo
nukleosinteza zavershaetsya k momentu

s.
Vazhneishii parametr raschetov
otnositel'nogo soderzhaniya pervichnyh elementov udel'naya entropiya na 1
barion

, kotoraya ne menyaetsya v hode rasshireniya. Eta velichina takzhe mozhet
byt' vyrazhena v terminah plotnosti barionov

.
Takim obrazom, him. sostav dozvezdnogo veshestva (po chislu atomov)
predskazyvaetsya:

(75%),

(25%),

,

,

. Eti cifry
horosho soglasuyutsya s noveishimi opredeleniyami himsostava veshestva na bol'shih
krasnyh smesheniyah po liniyam v spektrah kvazarov (sm. Ris.
11.1).
Zamechatel'no, chto nablyudeniya pervichnogo himsostava (osobenno pervichnogo
deiteriya po UF-linii
A,
t.k. on naibolee chuvstvitelen k potnosti:
chem bol'she plotnost', tem bystree deiterii vstupaet v dal'neishie reakcii i
tem samym tem men'she ego otnositel'noe soderzhanie; v zvezdah deiterii bystro
prevrashaetsya v bolee tyazhelye elementy) nalagayut nezavisimye ogranicheniya na
plotnost' barionnogo veshestva vo Vselennoi:
 |
(11.19) |
(dazhe s uchetom neopredelennosti v sovremennom znachenii postoyannoi Habbla).
Nablyudeniya svetyashegosya veshestva v galaktikah daet ocenku

. Otsyuda
sleduet vazhnyi vyvod: vo Vselennoi dolzhno sushestvovat' nevidimoe barionnoe
veshestvo, massa kotorogo v desyatki raz prevyshaet massu svetyashegosya
(t.e. ispuskayushego svet) veshestva. Iz nezavisimyh soobrazhenii (rost
vozmushenii, formirovanie krupnomasshtabnoi struktury Vselennoi) delayut vyvod
o neobhodimosti prisutstviya eshe i
nebarionnoi skrytoi massy.
Nezavisimye svidetel'stva sushestvovaniya znachitel'noi doli
nebarionnoi skrytoi massy (

)
sleduyut iz nablyudeniya krivyh vrasheniya spiral'nyh galaktik,
rentgenovskogo izlucheniya gaza v skopleniyah galaktik,
gravitacionnogo linzirovaniya na skopleniyah galaktik,
iz analiza dinamiki galaktik v gruppah i skopleniyah i dr.
 |
Ris. 11.1
Raschet himicheskogo soderzhaniya legkih elementov v epohu pervichnogo
nukleosinteza (chislo atomov po otnosheniyu k atomam vodoroda)
kak funkciya udel'noi entropii na 1 barion ili plotnosti
barionnogo veshestva (verhnyaya shkala).
Vertikal'naya polosa sootvetsvuet
nablyudeniyam soderzhaniya legkih elementov po spektram dalekih kvazarov. |
Na radiacionno-dominirovannoi stadii svyaz' temperatury pervichnogo veshestva s
vremenem
ot nachala rasshireniya sleduet iz formuly dlya zavisimosti plotnosti
vsei materii
ot vremeni:
 |
(11.20) |
gde

- bezrazmernaya velichina, harakterizuyushaya otnoshenie plotnosti
chisla vseh
chastic k plotnosti chisla fotonov (tak, ravnovesnym

sootvetstvuet

). Sledovatel'no, ravnovesnaya temperatura budet
zaviset' ne tol'ko ot vremeni, no i ot chisla sortov chastic, podderzhivayushih
ravnovesie. Togda i temperatura "zakalki" sootnosheniya neitronov i protonov
(sm. vyshe, razdel
11.3),
opredelyayushaya kolichestvennoe soderzhanie pervichnyh legkih
elementov, budet zaviset' ot

:

.
Cledovatel'no, iz analiza pervichnogo himsosatva mozhno vyvesti ogranicheniya na
chislo sortov slabo vzaimodeistvuyushih chastic. Etot metod vpervye byl
predlozhen sovetskim astrofizikom V.F.Shvarcmanom v 1969 g. V 1967 g. eto
ogranichenie sostavlyalo

, v 1000 raz luchshe togdashnego ogranicheniya iz
eksperimentov po fizike elementarnyh chastic. K 1999 g. iz eksperimental'no
opredelennogo znacheniya pervichnogo geliya

polucheny
sleduyushie ogranicheniya na chislo sortov legkih neitrino:

, verhnii 3-

predel

,
chto polnost'yu sootvetstvuet
noveishim rezul'tatam, poluchennym na uskoritele LEP (CERN):

.
Soglasno sovremennoi teorii elementarnyh chastic, neitrino mogut imet' massu
pokoya. Noveishie dannye (1998) s neitrinnogo detektora Superkamiokande
(Yaponiya) svidetel'stvuyut ob atmosfernyh oscillyaciyah razlichnyh sortov
neitrino, chto mozhet byt' tol'ko pri nenulevoi masse pokoya. Izmerennoe
znachenie kvadrata raznicy mass
eV
. Lyubopytno, chto uzhe pri masse pokoya
eV vklad
neitrino v polnuyu plotnost' vo Vselennoi okazyvaetsya sopostavim s vkladom
barionov svetyashegosya veshestva v zvezdah!
<< 11.2 Goryachaya Vselennaya
| Oglavlenie |
11.4 Reliktovoe izluchenie >>