Reliktovoe izluchenie
23.08.2000 20:34 | S. B. Popov/GAISh, Moskva
Osnovnym dostoinstvom lyuboi teorii yavlyaetsya ee predskazatel'naya sila. V kosmologii do serediny 60-h gg. sushestvovalo dve konkuriruyushie teorii: model' "goryachei" Vselennoi i model' "holodnoi" Vselennoi. Pervaya iz nih byla razrabotana vydayushimsya uchenym G.Gamovym (nel'zya skazat' "vydayushimsya fizikom", t.k., hotya fizika byla ego osnovnoi special'nost'yu, on vnes bol'shoi vklad i v astrofiziku, i v biologiyu) i ego sotrudnikami.
V etoi modeli predpolagaetsya, chto na rannih stadiyah evolyucii Vselennoi byla kraine vysoka ne tol'ko plotnost' veshestva, no i ego temperatura. Teoriya razrabatyvalas' v pervuyu ochered' dlya ob'yasneniya himicheskogo sostava Vselennoi, i eta cel' byla dostignuta. Samym vazhnym predskazaniem teorii bylo sushestvovanie izlucheniya s teplovym spektrom. Eto izluchenie doshlo do nas ot toi dalekoi epohi, kogda Vselennaya byla ochen' plotnoi i goryachei, pravda za dolgie milliardy let eto izluchenie dolzhno bylo zametno "ostyt'". Eto ostyvanie svyazano s rasshireniem Vselennoi, v hode kotorogo temperatura umen'shalas' po adiabaticheskomu zakonu.
No, kak inogda byvaet, etot relikt rannei Vselennoi byl otkryt ne v rezul'tate planomernyh issledovanii, a prakticheski sluchaino. Eto otkrytie sdelali v 1965 g. A.Penzias i R.Vilson, a v 1978 g. za obnaruzhenie reliktovogo izlucheniya im byla vruchena Nobelevskaya premiya po fizike.
Reliktovoe ili mikrovolnovoe fonovoe izluchenie imeet teplovoi spektr, sootvetstvuyushii temperature 2.7 K. Eto sootvetstvuet temperature 4000 K, pri kotoroi proizoshla rekombinaciya, s uchetom krasnogo smesheniya z=1500 (elektrony i iony ob'edinilis' v atomy, t.e. rekombinirovali spustya primerno 100000 let posle nachala rasshireniya).
Kogda govoryat, chto reliktovoe izluchenie imeet teplovoi spektr, to eto oznachaet, chto spektr vyglyadit tak, kak budto na ogromnom rasstoyanii nahoditsya neprozrachnaya stenka, nagretaya do temperatury 2.7 gradusov po shkale Kel'vina. Maksimum v spektre izlucheniya s takoi temperaturoi prihoditsya na millimetrovyi diapazon voln, a otkryto reliktovoe izluchenie bylo na volne 7.35 sm.
Reliktovye fotony chrezvychaino mnogochislenny. V odnom kubicheskom santimetre soderzhitsya primerno 500 takih fotonov. Eto v milliard raz bol'she koncentracii barionov, t.e. "obychnogo" veshestva. Okruzhayushie nas predmety sostoyat iz atomov, osnovnaya massa kotoryh sosredotochena v yadre. Atomnoe yadro sostoit iz dvuh tipov elementarnyh chastic: protonov i neitronov. Takie chasticy i nazyvayut barionami. Poetomu vse okruzhayushee nas veshestvo, a takzhe veshestvo planet, zvezd nazyvayut barionnym veshestvom. No iz-za maloi energii fotonov ih vklad v plotnost' Vselennoi seichas nevelik (v 1000 raz men'she vklada "obychnogo", barionnogo, veshestva. Odnako, ran'she situaciya byla inoi. V epohu, kogda temperatura izlucheniya byla gorazdo vyshe, imenno izluchenie igralo osnovnuyu rol' vo Vselennoi.
I seichas reliktovoe izluchenie vliyaet na nekotorye kosmicheskie processy. Naprimer, eshe v 1941 g. bylo obnaruzheno, chto nizhnie energeticheskie urovni molekuly CN, nablyudaemoi v mezhzvezdnoi srede, vozbuzhdeny tak, kak budto oni nahodyatsya v pole izlucheniya s temperaturoi v neskol'ko gradusov kel'vina. Eto obuslovleno vliyaniem mikrovolnovogo fonovogo izlucheniya, i ono moglo byt' otkryto takim obrazom pochti na 25 let ran'she.
Reliktovye fotony takzhe mogut v rezul'tate stolknovenii s chasticami kosmicheskih luchei obrazovyvat' novye chasticy, "vyedaya" takim obrazom chasticy s bol'shimi energiyami (E>1020eV).
Mikrovolnovoe fonovoe izluchenie obladaet bol'shoi izotropiei, to est' posle ucheta popravok za schet dvizheniya nablyudatelya (vrashenie Zemli vokrug Solnca, vrashenie Solnca vokrug centra Galaktiki i dvizhenie samoi Galaktiki) ego temperatura, izmerennaya v razlichnyh uchastkah neba, s vysokoi stepen'yu tochnosti odinakova.
Iz teorii sleduet, chto nebol'shaya anizotropiya vse-taki dolzhna sushestvovat'. Ved' veshestvo raspredeleno ravnomerno tol'ko v masshtabah poryadka milliarda svetovyh let. Neodnorodnosti, svyazannye s obrazovaniem skoplenii i sverhskoplenii galaktik, ne mogli ne otrazit'sya na reliktovom izluchenii. Poetomu i v raspredelenii temperatury reliktovogo izlucheniya na nebe dolzhna sushestvovat' anizotropiya, t.e. dT, raznost' temperatur, ne ravna nulyu. Ee teoreticheskaya ocenka dT/T=10-5. I v 1992 g. takaya anizotropiya byla obnaruzhena! Eto udalos' sdelat' s pomosh'yu nablyudenii na sputnikah COBE (SShA) i Relikt-1 (Rossiya).
Nebol'shie obnaruzhennye neodnorodnosti (fluktuacii), otvetstvennye za obrazovanie skoplenii galaktik s razmerami v desyatki megaparsek, prishli k nam iz toi epohi, kogda Vselennoi bylo vsego 10-35 sek i ona nahodilas' na stadii inflyacii.
Obnaruzhenie i izuchenie reliktovogo izlucheniya pozvolili sdelat' bol'shoi shag v ponimanii struktury Vselennoi i ee evolyucii. Prodolzhayutsya novye issledovaniya v etom napravlenii. Novye sputniki (MAP i Planck) budut zapusheny v nachale 21 veka.
S.B.Popov
|
Publikacii s klyuchevymi slovami:
anizotropiya reliktovogo izlucheniya - mikrovolnovoe fonovoe izluchenie - teplovoi spektr - Rasshirenie Vselennoi - rekombinaciya - Reliktovoe izluchenie - Kosmologiya - krasnoe smeshenie
Publikacii so slovami: anizotropiya reliktovogo izlucheniya - mikrovolnovoe fonovoe izluchenie - teplovoi spektr - Rasshirenie Vselennoi - rekombinaciya - Reliktovoe izluchenie - Kosmologiya - krasnoe smeshenie | |
Sm. takzhe:
Vse publikacii na tu zhe temu >> | |
