Иванов Б.Н. - Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса (1107606), страница 46
Текст из файла (страница 46)
Последние составляют окало 70% от общего числа галактик. О механизме образования звезд в спиральных галактиках будет сказано в дальнейшем. Приведем некоторые числовые данные, касающиеся галактик и их скоплений. Типичная галактика содержит ! 0" звезд, массы которых сравнимы с массой Солнца М„.. Сами галактики группируются в скопления с полной массой !О'«М. и размерами 10гз м. Известная нам часть Вселенной содержит число галактик порядка 10"; при этом общее число нуклонов 10!». Для галактик характерны размеры !0п м; возраст вещества звезд составляет (5 + 1О) 1О» лет. Что касается известной части Вселенной, то ее радиус 10м м, а возраст ° 2. 1Ою лет.
Оставим в стороне доказательства и способы измерений, которые сделали возможным привести названные здесь числа. Замечательно то, 196 Э 22. Крупномасштабная годрадонамока Всеаеннао что эти числа нам известны; очевидно, что некоторые из ннх являются только приближенными. Космологический закон расширения Вселенной утверждает, что скорость о удаления галактик друг от друга пропорциональна межгалактическому расстоянию Ь: где коэффициентом пропорциональности служит так называемая постоянная Хаббла Н. По измерению смещения линий спектра излучения звезд в красную сторону, можно определить скорость удаления галактик, используя эффект Доплера.
Числовое значение постоянной Хаббла известно, хотя и непрерывно уточняется. В результате, расстояние до галактик может быть определено. В последние годы подобного рода деятельность позволила построить трехмерную картину распределения галактик в видимой Вселенной, Зта картина привела к заключению, что различные скопления галактик образуют, в свою очередь, цепочки сверхскоплений с разветвляющейся структурой.
При этом формируются ячейки, представляющие собой как бы «пустоты» Вселенной, где нет галактик. Размеры «пустот» достигают значений порядка 1Ог«м. 22.3. Пгдродинамические процессы при формировании структур Вселенной Как уже отмечалось, после эпохи рекомбинации однородная среда расширяющегося Мира, вследствие гравитационной неустойчивости, распадалась на отдельные фрагменты — колоссальные газовые облака— будущие скопления галактик с массой ! ОмМэ, Наряду с участием этих «островов Вселенной» в общем космслогическом расширении, они имели и собственные скорости движения.
Зто вело к тому, что различные газовые образования могли сталкиваться друг с другом. Столкновение облаков, в общем случае, было косым (скользящим). Зто приводило к появлению тангенциального разрыва в соответствующих компонентах скоростей соприкасающихся слоев. Как известно (см. э" 6.4), с таким разрывом связана неустойчивость течения среды, ведущая к зарождению вихревого движения. Столкновение газовых облаков в лоб, а их скорости наверняка были сверхзвуковыми (о чем говорят числовые оценки и наблюдения), формировало мощные ударные волны. Фронт возникших скачков уплотнения заведомо был неплоским, а это означало, что в проходящем через него потоке мог родиться вихрь. Следует вообще сказать об огромной роли вихревого движения и ударных волн в проблеме происхождения структур Вселенной.
Крупномасштабные ударные волны способны сжимать колоссальные массы вещества в относительно тонкие слои — протоскопления. Зти уплошенные объекты («блины Зельдовича») могут через концевые взаимодействия образовывать цепочки из скоплений галактик — сверхскопления. В целом э" 22, Круономасштабноя гидродинамике Вселенной 197 на карте неба формируется сетчатая картина из неправильных клеток.
Более крупных структур во Вселенной нет. Роль вихревого движения особенно ярко проявляется при образовании спиральных галактик из газовых протоскоплений. Некоторые механизмы возникновения вихревого движения в протоскоплениях нами были рассмотрены выше. В целом среда газовых протоскоплений оказывается в турбулентном состоянии.
Зто обстоятельство, в условиях гравитационной неустойчивости, ведет к фрагментации 1распаду) прото- скоплений на отдельные вихревые образования — будушие спиральные галактики (об этом шла речь в $ 22.2). Прежде чем вести разговор о спиральных галактиках, советуем читателю взглянуть на фотографии заставок к Я 3 и 22. Сравните их и вы поймете, почему астрономы уже очень давно пришли к выводу о враШении спиральных галактик. Сама спиральная галактика представляет собой вращающийся газовый диск, в котором действуют как силы тяготения, так и центробежные силы. Их равновесие формирует структуру галактики. Какова природа спиральных рукавов галактики? Сейчас на это отвечают так: волна уплотнения, распространяюшаяся во врашаюшейся среде диска галактики.
Для уяснения сказанного обратимся к волнам на воде. В покоящейся воде волны распространяются кольцами от точки возмущения. Во врашаюшейся воде, например вытекаюшей через отверстие ванны, волновой узор представлен серией спиральных рукавов. Почему в спиральных рукавах галактики наблюдаются очень яркие молодые заезды? Зто связано с процессом звезлообразования в спиральной волне уплотнения. Дело в том, что скорость вращения газовой среды диска галактики и скорость распространения волны уплотнения различны. При этом числовые оценки показывают, что их относительная скорость является сверхзвуковой.
Поэтому натекающий на волну поток создает ударный скачок уплотнения. Гравитируюшая среда в таких условиях может оказаться со значительным числом «центров конденсации» вешества — зародышей будуших звезд. Заметим, что волна уплотнения, распространяясь вдоль среды, проходит через все ее частицы. При этом длительность начальных стадий эволюции массивных засад, когда последние характеризуются высокой яркостью, меньше времени нахожаения волны уплотнения в данных пространственных масштабах. Такова современная точка зрения на указанные проблемы, хотя здесь остается еше целый ряд нерешенных вопросов.
Наука создается людьми, и надо знать имена ее творцов, в особенности, если ими являются наши великие соотечественники. В рамках эйнштейновской общей теории относительности модель нестационарной расширяющейся Вселенной была предложена Александром Александровичем Фридманом (1888-!925) — российским ученым, 198 б 22, Круанамагш лобная гадраданамоха Вгеленнао гидромехаником и геофизиком. Эта работа, опубликованная в 1922 г., заложила основы современной релятивистской космологии.
Представления о «расширяющейся Вселенной» получили наблюдательное подтверждение в 1929 г. Эти наблюдения были выполнены американским астрономом Хабблом. Указанная работа А.А. Фридмана в области космологии была в значительной степени математическим исследованием. Физическое содержание в нее вдохнул другой наш соотечественник Георгий Антонович Гамов (1904 — 1968). Г. А. Гамов — один из крупнейших ученых ХХ столетия: в космологии — автор модели «горячей Вселенной», в квантовой физике— автор почти фантастического «туннельного эффекта», в молекулярной биологии — автор идей расшифровки генетического кода.
Г.А. Гамов — русский физик-теоретик, родился в Одессе, учился в Ленинграде, сформировался как ученый в России. Вместе с Л.Д.Ландау был активным участником знаменитых Копенгагенских семинаров у Нильса Бора. В 1934 г. Г.А. Гамов эмигрировал в США. Сущность модели «горячей Вселенной», предложенной Г. А, Гамовым в 1946 г., рассматривалась нами в 4 22.1. Предсказанное в этой работе Г.А.
Гамова реликтовое фоновое электромагнитное излучение, являющееся остатком от ранней эпохи сжатой и горячей Вселенной, было обнаружено в наблюдениях американскими радиоастрономами Пензиасом и Вильсоном в 1965 г. По проблеме «гицродинамика Вселенной» существенные идеи высказаны Я. Б. Зельдовичем и другими исследователями. Очерки к параграфам Астрофизика К бг1. Космические выбросм вещества: объект ЯЯ 433 и его теоретическая модель Метод работы в астрофизике — наблюдение, интерпретация явления, создание его теории. Сначала о наблюдениях.
В 1978 г. в районе созвездия Орла вблизи центральной плоскости нашей Галактики был обнаружен источник оптического, радио- и рентгеновского излучений, внесенный в каталог под номером ЯЯ 433. Особенностью оптического спектра источника было присутствие ярких линий водорода, гелия и ряда других элементов, в окружении менее интенсивных линий-сателлитов.
При этом спектральные линии-сателлиты располагались слева и справа от основной линии. Самым же поразительным оказалась огромная величина смешения линий-сателлитов. Переходя к предварительной интерпретации увиденного, сразу приходит мысль об использовании эффекта Доплера. Последний, как известно, связывает изменение длин волн и частот излучаемого света с относительным движением источника света. Присутствие в спектре Я 433 трех систем спектральных линий, означает, что имеются три области излучения: одна неподвижна относительно нас, другие две движутся в противоположных направлениях вдоль луча зрения.
Дальнейшие наблюдения за спектральными линиями-сателлитами установили их эволюцию в величине смещения. Конкретнее, линии-сателлиты изменяли со временем свое относительное расположение в спектре от некоторого минимума до определенного максимума. Период этих изменений равнялся 1б4 дня. Отмеченное обстоятельство позволило уточнить интерпретацию самого явления.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
