1611143688-95d5594d2be0e95e89d686a35c61b15f (825053), страница 42
Текст из файла (страница 42)
Они получили Wm = 0,29 0, 04 .В этом эксперименте был задействован также космический телескопХаббл, что позволило найти сверхновые до z 1, 8 . Из полученныхданных было найдено, что замедление расширения сменилось на ускорение при z = 0, 46 0,13 , т. е. когда Вселенная была в полтора разаменьше, чем сейчаc.Вскоре это открытие подтвердили независимым способом: по анизотропии реликтового микроволнового излучения и корреляциям враспределении галактик во Вселенной. Для детального изучения динамики Вселенной по сверхновым готовится специальный спутниковыйэксперимент JDEM (Joint Dark Energy Mission), который позволит намного повысить статистику и точность.Микроволновое Реликтовое Излучение (МРИ)МРИ, предсказанное в 1946 г.
Г. Гамовым, было открыто в 1965 г.Пензиас и Вильсоном. Около 400 тыс. лет ( z 1 100 ) после Большоговзрыва температура Вселенной упала до нескольких тысяч градусов,электроны и протоны рекомбинировали и Вселенная стала прозрачнойдля тепловых фотонов. При дальнейшем расширении температура фо274тонов упала до T = 2.7 K. Современная плотность реликтовых фотонов n g 410 шт./см3. Скорость Земли относительно МРИ около370 км/с. Кроме того, что реликтовое излучение является одним изважнейших подтверждений теории Большого взрыва, оно дает уникальные данные о самой ранней истории Вселенной, геометрии и составе Вселенной.
Основной источник информации – это пространственная анизотропия реликтового излучения, открытая в 1992 г. (возникающую за счет движения Земли дипольную температурную анизотропию вычитают), относительная величина которой составляет всегоD T / T 10-5 . Некоторые космологи назвали открытие анизотропииМРИ крупнейшим событием в астрофизике за несколько последнихдесятилетий. В 2006 г. это открытие было удостоено Нобелевской премии по физике.Наиболее точная температурная карта неба получена на космическом аппарате WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe). Результаты измерения анизотропии представляют в виде разложения температурной карты неба по угловым гармоникам, которые отражают распределение температурных пятен по угловым размерам.
Результатытрех лет работы WMAP приведены на рис. 97. В распределении имеется четкий пик на угле около 1 углового градуса. Более того, также на-Рис. 97. Угловые корреляции в анизотропии реликтового излучения, полученные в эксперименте WMAP275блюдаются несколько дополнительных пиков на меньших масштабах.Температурные флуктуации связывают с квантовыми флуктуациями наранней стадии Вселенной, которые дошли до стадии рекомбинации какплазменные акустические волны. Колебания есть результат двух противоборствующих сил: гравитационного притяжения и давления фотонного газа. Изменение температуры связано как с повышенной плотностью, так и с движением вдоль линии наблюдения (эффект Доплера).Положение первого пика оказывается однозначно связано с геометриейВселенной.
Данные свидетельствуют, что Вселенная плоская, т. е. имеет плотность, очень близкую к критической:Wtot = 1 0, 015.(104.13)Это очень важный результат, поэтому интересно качественно понятьего происхождение.Положение первого пика соответствует отношению современногоразмера области, которая была причинно-связанной на момент рекомбинации (пятно с примерно одинаковой температурой) к расстояниюот нас до места образования этих фотонов в настоящее время.
Опускаямножители порядка единицы, размер такого пятна в момент испускания фотонов был равен ~ ctr ( tr = 400 ´ 103 лет) и с тех пор увеличился пропорционально размеру Вселенной (см. (104.2)), т. е. вz + 1 » 1 100 раз. Расстояние от этого пятна до нас примерно равнорасстоянию до горизонта событий ct0 ( t0 15 ⋅ 109 лет – возраст Вселенной). Отсюда получаем угловой размерq (z + 1)tr /t0 0.03 1 .(104.14)Данная оценка соответствует случаю плоской Вселенной (лучи идутпо прямой). При Wtot > 1 (положительная кривизна) угол был быбольше, а для Wtot < 1 (отрицательная кривизна) – меньше.Оказывается также, что высота основного пика и более высокихгармоник очень чувствительна к составу материи, поскольку обычнаяматерия (плазма) хорошо взаимодействует с фотонами и испытываетих давление, а темная материя для них прозрачна. Происхождения серии пиков можно понять как резонансные гармоники в трубе.
Исходновозникли волны разных частот, но при наступлении рекомбинацииволны дальше распространяться не могли и максимальная амплитудаоказалась у волн, для которых в объеме укладывается целое число по276луволн. Из данных по МРИ было найдено, что c точностью 10 % полная плотность материи Wm » 0,27 , а плотность обычной (барионной)материи Wm » 0, 045 .Еще одно интересное явление. После рекомбинации протонов иэлектронов при температуре около 3 000 К Вселенная была заполненав основном нейтральными атомами водорода и других легких элементов.
Кроме этого, было реликтовое излучение, охлаждающееся за счетрасширения. Со временем его спектр сместился в невидимую областьспектра. Не было ни звезд, ни галактик – полная темнота! Это времятак и называют «темной эпохой». Затем материя сгруппировалась нафлуктуациях плотности и зажглись первые Звезды. Их излучениевновь ионизовало Вселенную. Изучение особенностей микроволновогоизлучения (поляризация, диффузное рассеяние) позволило установить,что повторная ионизация произошла при z 10 и оптическая толщинадля комптоновского рассеяния реликтовых фотонов на свободныхэлектронах составила около 10 %.Крупномасштабная структура, акустический барионный пикИз реликтового излучения мы знаем, что в эпоху рекомбинацииВселенная была очень однородна: sr/r 10-5 . Сейчас же имеютсязвезды, галактики, скопления галактик, суперскопления, крупномасштабные структуры, так что sr/r 1 . На специальных телескопахбыли проведены измерения 3-мерного пространственного распределения звезд и галактик.
В продольном направлении координата определялась по красному смещению. Получаемые распределения плотностиматерии по различным масштабам (размерам флуктуаций) очень чувствительны к параметрам Вселенной и ее составу. Наблюдения сравнивают с моделированием на суперкомпьютерах и таким образом находят параметры Вселенной.Простой вопрос, Что возникло раньше: звезды, галактики или, может, крупномасштабные структуры? Ответ совсем не очевиден. Оказывается, сначала образовались звезды, и это произошло только благодаря большому количеству темной материи, которая начала группироваться еще в радиационно-доминантную эпоху задолго до рекомбинации.
После рекомбинации давление фотонов упало и барионная материя стала группироваться на уже сформировавшихся сгустках темнойматерии.277Рис. 98. Пространственные корреляции на больших расстояниях в распределении галактик во Вселенной, полученные на телескопе SDSSНаиболее детальное 3-мерное распределение галактик получено нателескопе SDSS (Sloan Digital Sky Survey). Недавно эта группа обнаружила характерный пик в распределении галактик по взаимному расстоянию (рис. 98). Пик соответствует расстоянию примерно500 млн световых лет.
Он имеет фундаментальное происхождение, этоакустический барионный пик.Происхождение его следующее. Представим, что в некой точке наранней стадии Вселенной была флуктуация плотности, темной и обычной материи. Флуктуация плотности обычной материи стала распространяться в плазме во все стороны в виде сферической акустическойволны.
Темная же материя осталась стоять на месте, поскольку она сфотонами не взаимодействует и потому акустических волн не создает.Впоследствии на месте оставшейся флуктуации темной материи и набарионной волне (после рекомбинации) стала концентрироваться материя, возникли звезды, галактики.
Положение пика соответствует расстоянию, на которое успела убежать акустическая волна до моментарекомбинации, а затем это расстояние было увеличенно последующимрасширением Вселенной. Естественно, во Вселенной была не одна такая исходная флуктуация, но для любой из них расстояние между ба278рионной волной и оставшейся наместе темной материей одно ито же. Из этой физики ясно, чтоположение пика несет важнуюинформацию о динамике Вселенной и очень чувствительно кее составу.На рис. 99 показана подгонкакосмологическихпараметровWm (плотность материи) и WLРис. 99.
Результаты измерения параметровWmиWLв экспериментах SNLS(Сверхновые) и SDSS (по барионномуакустическому пику, BAO)(плотность вакуума) по результатам эксперимента SNLS посверхновым и экспериментаSDSS по измерению положенияакустического барионного пика.Как видно, они пересекаютсякак раз на прямой соответствующей плоской Вселенной, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
