KSE3 (1153099), страница 9
Текст из файла (страница 9)
В конце эрыпроисходит аннигиляция частиц и античастиц, но остается некоторое количествопротонов, гиперонов и мезонов;• эра лептонов – легких частиц, вступающих в электромагнитное взаимодействие:продолжительность – 10 с, температура – 1010 К, плотность – 104 г/см3; основную рольиграют легкие частицы, принимающие участие в реакциях между протонами инейтронами; |• фотонная эра: продолжительность – 1 млн лет; основная доля массы – энергииВселенной – приходится на фотоны; к концу эры температура падает с 1010 до 3000 К,плотность – от 104 до 10-21 г/см3; главную роль играет излучение, которое в конце эрыотделяется от вещества;звездная эра наступает через 1 млн лет после зарождения Вселенной; начинаетсяпроцесс образования протозвезд и протогалактик.Затем разворачивается грандиозная картина образования структуры Метагалактики.В современной космологии наряду с гипотезой Большого взрыва обосновывается и такназываемая инфляционная модель Вселенной, в рамках которой рассматривается идеятворения Вселенной.
Эта идея имеет очень сложное обоснование и связана с квантовойкосмологией. В данной модели описывается эволюция Вселенной, начиная с момента 10-45с после начала расширения.Первый вариант теории был предложен в 1981 г. американским физиком А. Гутом, ноон встретился с серьезными трудностями, которые были преодолены различнымивидоизменениями сценария, начиная с предложенной российским физиком А.
Линде в1982 г. модели хаотической инфляции.В соответствии с инфляционной гипотезой космическая эволюция в ранней Вселеннойпроходит ряд этапов.Начало Вселенной определяется физиками-теоретиками как состояние квантовойсупергравитации с радиусом Вселенной в 10-50 см (для сравнения: размер атома – 10-8 см, аразмер атомного ядра – 10-13 см). Основные события в ранней Вселенной разыгрывалисьза ничтожно малый промежуток времени от 10-45 до 10-30 с.Стадия инфляции.
В результате квантового скачка Вселенная перешла в состояниевозбужденного вакуума и в отсутствие в ней вещества и излучения интенсивно расширялась по экспоненциальному закону. В этот период создавалось само пространство ивремя Вселенной. За период инфляционной стадии продолжительностью 10 -34 с Вселеннаяраздулась от невообразимо малых квантовых размеров (10-33 см) до невообразимобольших (101 000 000 см), что на много порядков превосходит размер наблюдаемой Вселенной (1028 см). На протяжении всего первоначального периода во Вселенной не было нивещества, ни излучения.Переход от инфляционной стадии к фотонной. Состояние ложного вакуума распалось,высвободившаяся энергия пошла на рождение тяжелых частиц и античастиц, которые,проаннигилировав, дали мощную вспышку излучения (света), осветившего космос.Этап отделения вещества от излучения. Оставшееся после аннигиляции веществостало прозрачным для излучения, когда контакт между веществом и излучением пропал.Отделившееся от вещества излучение и составляет современный реликтовый фон,теоретически предсказанный Г.
А. Гамовым и экспериментально обнаруженный в 1965 г.В дальнейшем развитие Вселенной шло в направлении от максимально простогооднородного состояния к созданию все более сложных структур – атомов (первоначальноатомов водорода), галактик, звезд, планет, синтезу тяжелых элементов в недрах звезд, втом числе и необходимых для создания жизни, возникновению жизни и в конечном счетечеловека.•3.4.3.
Структура ВселеннойВселенной на самых разных уровнях, от условно элементарных частиц и до гигантскихсверхскоплений галактик, присуща структурность. Современная структура Вселеннойявляется результатом космической эволюции, в ходе которой из протогалактикобразовались галактики, из протозвезд – звезды, из протопланетного облака – планетыМетагалактика представляет собой совокупность звездных систем – галактик, а ееструктура определяется их распределением в пространстве, заполненном чрезвычайноразреженным межгалактическим газом и пронизываемом межгалактическими лучами.Согласно современным представлениям, для Метагалактики характерна ячеистая(сетчатая, пористая) структура. Эти представления основываются на данныхастрономических наблюдений, показавших, что галактики распределены не равномерно, асосредоточены вблизи границ ячеек, внутри которых галактик почти нет. Кроме того,найдены огромные объемы пространства (порядка миллиона кубических мега-парсек), вкоторых галактик пока не обнаружено.
Пространственной моделью такой структурыможет служить кусок пемзы, которая неоднородна в небольших выделенных объемах, нооднородна в больших объемах. Если брать не отдельные участки Метагалактики, а еекрупномасштабную структуру в целом, то очевидно, что в этой структуре не существуеткаких-то особых, чем-то выделяющихся мест или направлений и вещество распределеносравнительно равномерно.Возраст Метагалактики близок к возрасту Вселенной, поскольку образование ееструктуры приходится на период, следующий за разъединением вещества и излучения.Как уже упоминалось, по современным данным, возраст Метагалактики оцениваетсявеличиной порядка 13–15 млрд лет. Ученые считают, что, по-видимому, близок к этому ивозраст галактик, которые сформировались на одной из начальных стадий расширенияМетагалактики,Галактика – гигантская система, состоящая из скоплений звезд и туманностей,образующих в пространстве достаточно сложную конфигурацию.По форме галактики условно разделяются на три типа: эллиптические, спиральные инеправильные.Эллиптические галактики обладают пространственной формой эллипсоида с разнойстепенью сжатия.
Они являются наиболее простыми по структуре: распределение звездравномерно убывает от центра к периферии.Спиральные галактики представлены в форме спирали, включая спиральные ветви. Этосамый многочисленный вид галактик, к которому относится и наша Галактика – МлечныйПуть.Неправильные галактики не обладают выраженной формой, в них отсутствуетцентральное ядро.Некоторые галактики характеризуются исключительно мощным радиоизлучением,превосходящим видимое излучение. Это радиогалактики.В строении «правильных» галактик очень упрощенно можно выделить центральноеядро и сферическую периферию, представленную либо в форме огромных спиральныхветвей, либо в форме эллиптического диска, включающих наиболее горячие и яркиезвезды и массивные газовые облака.Ядра галактик проявляют свою активность в разных формах: в непрерывном истечениипотоков вещества, выбросах сгустков газа и облаков газа с массой в миллионы солнечныхмасс, в нетепловом радиоизлучении из околоядерной области.В ядре галактики сосредоточены самые старые звезды, возраст которых приближается квозрасту галактики.
Звезды среднего и молодого возраста расположены в диске галактики.Звезды и туманности в пределах галактики движутся довольно сложным образом: вместе сгалактикой они принимают участие в расширении Вселенной; кроме того, они участвуютво вращении галактики вокруг оси.Звезды. На современном этапе эволюции Вселенной вещество в ней находитсяпреимущественно в звездном состоянии. В нашей Галактике 97% вещества сосредоточенов звездах – гигантских плазменных образованиях, различающихся величинами,температурой и характеристиками движения. У многих других галактик, если не убольшинства, «звездная субстанция» составляет более чем 99,9% их массы.Возраст звезд меняется в достаточно большом диапазоне значений: от 15 млрд лет,соответствующих возрасту Вселенной, до сотен тысяч – самых молодых.
Есть звезды,которые образуются в настоящее время и находятся в протозвездной стадии, т.е. они ещене стали настоящими звездами.Огромное значение имеет исследование взаимосвязи между звездами и межзвезднойсредой, включая проблему непрерывного образования звезд из конденсирующейсядиффузной (рассеянной) материи.Рождение звезд (рис. 3.3) происходит в газово-пылевых туманностях под действиемгравитационных, магнитных и других сил, благодаря которым идет формированиенеустойчивых однородностей и диффузная материя распадается на ряд сгущений.
Еслитакие сгущения сохраняются достаточно долго, то с течением времени они превращаютсяв звезды. Важно отметить, что происходит процесс рождения не отдельной изолированнойзвезды, а звездных ассоциаций. Образовавшиеся газовые тела притягиваются друг к другу,но не обязательно объединяются в одно громадное тело. Как правило, они начинаютвращаться относительно друг друга, и центробежная сила этого движения противодействует силе притяжения, ведущей к дальнейшей концентрации.ЭТАПЫ ЭВОЛЮЦИИ ЗВЕЗДПроисходит сжатие газового облака, состоящего из водорода и гелия (температураповышается)Начинается ядерный синтез (Т=109-1010 К).
Синтезируются ядра изотопов водородаигелия. Начало отсчета возраста звезды.Образуется гелевое ядро и идет процесс его сжатия. Температура повышается иначинается второй процесс ядерного синтеза от ядер гелия до ядер углерода. Имеетместо гелиевая вспышка.Размер звезды увеличивается в 200-300 раз. Звезда становится красным гигантом. Идетпроцесс гравитационного сжатия центральной области звезды.
Температураповышается. Начинается синтез ядер вплоть до ядер железа, после чегоэнерговыделение замедляется. Продолжается процесс гравитационного сжатия.Процесс сжатия идетспокойно. Звездапереходит встационарноесостояние с высокойтемпературой (белыйкарлик), затеммедленно остываетПроцесс сжатия идет с нарастающейскоростью без ядерных реакций.
Возникаютсилы отталкивания и происходит мощныйвзрыв – вспышка сверхновой. Идет синтезвсех тыжелых элементов. Звезда либополностью разрушается, либо распадаетсяна несколько осколковОсколки большоймассы продолжаютсжиматься ипревращаться вчерную дыруИз осколков средней массыобразуются нейтронные звезды(протон + электрон → нейтрон +нейтрино)Рис. 3.3. Этапы эволюции звездЗвезды эволюционируют от протозвезд – гигантских газовых шаров, слабо светящихсяи с низкой температурой, к звездам – плотным плазменным телам с температурой внутрив миллионы градусов.
Затем начинается процесс ядерных превращений, описываемый вядерной физике. Основная эволюция вещества во Вселенной происходила и происходит внедрах звезд. Именно там находится тот «плавильный тигель», который обусловилхимическую эволюцию вещества Вселенной.В недрах звезд при температуре, порядка 106 °С и очень высокой плотности атомынаходятся в ионизированном состоянии: электроны почти полностью или абсолютно всеотделены от своих атомов. Оставшиеся ядра вступают во взаимодействие друг с другом,благодаря чему водород, имеющийся в изобилии в большинстве звезд, превращается приучастии углерода в гелий. Эти и подобные ядерные превращения являются источникомколоссального количества энергии, уносимой излучением звезд.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
