Èçó÷åíèå Âñåëåííîé

Àñòðîíîìè÷åñêàÿ Âñåëåííàÿ, èëè Ìåòàãàëàêòèêà. Ìåòîä òðèãîíîìåòðè÷åñêèõ ïàðàëëàêñîâ, îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ïî öåôåèäàì è çâ¸çäàì, ïî ñâåðõíîâûì, ïî ãðàâèòàöèîííûì ëèíçàì, ïî êðàñíûì ãèãàíòàì. Èçó÷åíèå ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé è å¸ êðóïíîìàñøòàáíîé ñòðóêòóðû.

Ðóáðèêà Àñòðîíîìèÿ è êîñìîíàâòèêà
Âèä ðåôåðàò
ßçûê ðóññêèé
Äàòà äîáàâëåíèÿ 01.04.2010
Ðàçìåð ôàéëà 27,5 K

Îòïðàâèòü ñâîþ õîðîøóþ ðàáîòó â áàçó çíàíèé ïðîñòî. Èñïîëüçóéòå ôîðìó, ðàñïîëîæåííóþ íèæå

Ñòóäåíòû, àñïèðàíòû, ìîëîäûå ó÷åíûå, èñïîëüçóþùèå áàçó çíàíèé â ñâîåé ó÷åáå è ðàáîòå, áóäóò âàì î÷åíü áëàãîäàðíû.

Âñåëåìííàÿ -- ôóíäàìåíòàëüíîå ïîíÿòèå àñòðîíîìèè, ñòðîãî íå îïðåäåëÿåìîå[1][2][3][4]. Âêëþ÷àåò â ñåáÿ âåñü îêðóæàþùèé ìèð. Íà ïðàêòèêå ïîä Âñåëåííîé ÷àñòî ïîíèìàþò ÷àñòü ìàòåðèàëüíîãî ìèðà, äîñòóïíóþ èçó÷åíèþ åñòåñòâåííîíàó÷íûìè ìåòîäàìè.

Àñòðîíîìè÷åñêàÿ Âñåëåííàÿ, èëè Ìåòàãàëàêòèêà -- ýòî ÷àñòü Âñåëåííîé, äîñòóïíàÿ íàáëþäåíèÿì â íàñòîÿùåå âðåìÿ èëè â îáîçðèìîì áóäóùåì.

Àñòðîíîìè÷åñêèå íàáëþäåíèÿ Âñåëåííîé ïîçâîëèëè óñòàíîâèòü ôóíäàìåíòàëüíûé ôàêò å¸ ðàñøèðåíèÿ, ïðè÷¸ì â íà÷àëå ðàñøèðåíèÿ å¸ ñîñòîÿíèå áûëî î÷åíü ïëîòíûì è ãîðÿ÷èì -- ìîäåëü ãîðÿ÷åé Âñåëåííîé. Âðåìÿ ñ íà÷àëà ðàñøèðåíèÿ -- «âîçðàñò» Âñåëåííîé, ïî ïîñëåäíèì äàííûì[5] ñîñòàâëÿåò 13,72 ± 0,12 ìèëëèàðäîâ ëåò. Ýêñòðàïîëÿöèÿ ñîñòîÿíèÿ Âñåëåííîé â ïðîøëîå ñ èñïîëüçîâàíèåì ñîâðåìåííûõ îáùåïðèíÿòûõ ôèçè÷åñêèõ òåîðèé íåèçáåæíî ïðèâîäèò ê Áîëüøîìó Âçðûâó -- ãðàâèòàöèîííîé ñèíãóëÿðíîñòè, àáñîëþòíîìó íà÷àëó ðàñøèðåíèÿ, äàëåå êîòîðîãî òåðÿåò ïðèìåíèìîñòü äàæå ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò. Ýòî òðàêòóåòñÿ íåêîòîðûìè ôèëîñîôàìè, ó÷¸íûìè è ðåëèãèîçíûìè äåÿòåëÿìè êàê âîçíèêíîâåíèå, «ñîòâîðåíèå» Âñåëåííîé, îäíàêî ñóùåñòâóåò è äðóãàÿ òî÷êà çðåíèÿ, ÷òî Âñåëåííàÿ íèêîãäà íå âîçíèêàëà, à ñóùåñòâîâàëà âå÷íî è áóäåò ñóùåñòâîâàòü âå÷íî, èçìåíÿÿñü ëèøü â ñâîèõ ôîðìàõ è ïðîÿâëåíèÿõ[èñòî÷íèê íå óêàçàí 16 äíåé].

Ïðåäñòàâëåíèÿ î ôîðìå è ðàçìåðàõ Âñåëåííîé â ñîâðåìåííîé íàóêå òàêæå ÿâëÿþòñÿ îñòðîäèñêóññèîííûìè, ïðåäïîëîæèòåëüíî ïðîñòðàíñòâåííàÿ ïðîòÿæ¸ííîñòü Âñåëåííîé â ñå÷åíèè ïîñòîÿííîãî ñèíõðîííîãî ñîáñòâåííîãî âðåìåíè (òî åñòü âðåìåíè, ïðîøåäøåãî îò ìîìåíòà Áîëüøîãî Âçðûâà) ñîñòàâëÿåò íå ìåíåå 13 ìèëëèàðäîâ ñâåòîâûõ ëåò[6][7].

Ñàìûìè êðóïíûì èçâåñòíûìè îáðàçîâàíèÿìè âî Âñåëåííîé ÿâëÿþòñÿ Âåëèêàÿ ñòåíà Ñëîóíà è Âåëèêàÿ ñòåíà CfA2, à ñàìûì äàë¸êèì îáíàðóæåííûì àñòðîíîìè÷åñêèì îáúåêòîì -- ãàììà-âñïëåñê GRB 090423, ïðîèçîøåäøèé îêîëî 13 ìèëëèàðäîâ ëåò íàçàä.

 ðóññêîì ÿçûêå äð.-ãðå÷. ï?êïõìÝíç, òðàäèöèîííî ïåðåäàâàëîñü êàê «Âñåëåííàÿ», «îáèòàåìàÿ Âñåëåííàÿ», õîòÿ â äðåâíåãðå÷åñêîì ÿçûêå ýòî ñëîâî îçíà÷àåò «ìèð» èëè íàñåë¸ííóþ åãî ÷àñòü. Ñàìîå îáùåå îïðåäåëåíèå äëÿ «Âñåëåííîé» ñðåäè äðåâíåãðå÷åñêèõ ôèëîñîôîâ, íà÷èíàÿ ñ ïèôàãîðåéöåâ, áûëî «ôï ðáí» (Âñ¸), âêëþ÷àâøåå â ñåáÿ êàê âñþ ìàòåðèþ (ôï ïëïí), òàê è âåñü êîñìîñ (ôï êåíïí).

Ðóññêîå ñëîâî Âñåëåííàÿ ëèøü ñîçâó÷íî ñëîâó «âñ¸», íî íå ðîäñòâåííî åìó, ÷òî íàãëÿäíî ïîêàçûâàåòñÿ äðåâíåðóññêèì íàïèñàíèåì[8].

Íàáëþäåíèÿ

Êîíå÷íî, ëþáîå íàáëþäåíèå, áóäü òî íàáëþäåíèå ðåá¸íêà çà êîøêîé, ôèçèêà -- çà òåì, êàê ðàñêàëûâàåòñÿ ÿäðî àòîìà, èëè àñòðîíîìà, âåäóùåãî íàáëþäåíèÿ çà äàë¸êîé-äàë¸êîé ãàëàêòèêîé -- âñ¸ ýòî íàáëþäåíèå çà Âñåëåííîé, à åñëè áûòü òî÷íûì -- çà îòäåëüíûìè å¸ ÷àñòÿìè. Ýòè ÷àñòè ñëóæàò ïðåäìåòîì èçó÷åíèÿ îòäåëüíûõ åñòåñòâåííûõ íàóê, à Âñåëåííîé â ìàêñèìàëüíî áîëüøèõ ìàñøòàáàõ, è äàæå Âñåëåííîé êàê åäèíûì öåëûì çàíèìàþòñÿ àñòðîíîìèÿ è êîñìîëîãèÿ. Èìåííî ýòè àñïåêòû çíàíèé î Âñåëåííîé ñîñòàâëÿþò ïðåäìåò äàííîé ñòàòüè.

Íà äàííûé ìîìåíò (2009 ãîä) îñíîâíûå óñèëèÿ àñòðîíîìîâ, ðàáîòàþùèõ â ýòîì íàïðàâëåíèè, óñòðåìëåíû, â îñíîâíîì, â äâå îáëàñòè:

èñòîðèþ ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé: îò ðàííèõ ýòàïîâ è äî íàøèõ äíåé;

êîñìîëîãè÷åñêóþ øêàëó ðàññòîÿíèé è ñâÿçàííîå ñ íåé ÿâëåíèå ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé.

Íàäî ïðèçíàòü, ÷òî ïî÷òè âñÿ èíôîðìàöèÿ î Âñåëåííîé, èçâåñòíàÿ íà äàííûé ìîìåíò -- êîñâåííà. Êàê ïðàâèëî, ñíà÷àëà äåëàþòñÿ íåêèå ïðåäïîëîæåíèÿ, à ïîòîì îíè ïðîâåðÿþòñÿ.

Øêàëà ðàññòîÿíèé è êîñìîëîãè÷åñêîå êðàñíîå ñìåùåíèå

Îñíîâíàÿ ñòàòüÿ: Øêàëà ðàññòîÿíèé â àñòðîíîìèè

Ìàñøòàá îêðóæàþùåãî íàñ ìèðà ñòàë ïðèñòàëüíûì îáúåêòîì èçó÷åíèÿ àñòðîíîìîâ, íà÷èíàÿ ñ Ãàëèëåÿ. Äî íà÷àëà äâàäöàòîãî âåêà ðàçìåðû íàøåãî ìèðà ñ÷èòàëèñü äîñòàòî÷íî íåáîëüøèìè (ãàëàêòè÷åñêèìè). Òîëüêî ïîäòâåðæäåíèå âíåãàëàêòè÷åñêîãî õàðàêòåðà ñïèðàëüíûõ òóìàííîñòåé -- îòêðûòèå â íèõ öåôåèä Ýäâèíîì Õàááëîì -- ñî âñåé î÷åâèäíîñòüþ äîêàçàëî ïîèñòèíå ãèãàíòñêèå ðàçìåðû Âñåëåííîé. Îäíîâðåìåííî ñ ýòèì áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî:

âñå äàë¸êèå ãàëàêòèêè îò íàñ óäàëÿþòñÿ;

ñ óâåëè÷åíèåì ðàññòîÿíèÿ ýòî ïðîèñõîäèò âñ¸ áûñòðåå.

Çàêîí ðàçáåãàíèÿ -- ýòî çàêîí Õàááëà V=H0r, ãäå H0 -- ïîñòîÿííàÿ, íûíå íàçûâàåìàÿ «ïîñòîÿííîé Õàááëà». Ïðàâäà äëÿ z > 0,01 âåðíåå ãîâîðèòü, ÷òî âûïîëíÿåòñÿ çàêîí cz=H0r.

Îáùåïðèíÿòàÿ òðàêòîâêà ýòîãî ÿâëåíèÿ: ìû íàáëþäàåì ðàñøèðåíèå Âñåëåííîé. Ýòî óòâåðæäåíèå îñïàðèâàåòñÿ òåîðèåé ñòàðåíèÿ ôîòîíîâ è òàê íàçûâàåìîé ÁÒÐ-òåîðèåé. Îäíàêî ñòîðîííèêîâ îáîèõ ïîäõîäîâ èñ÷åçàþùåå ìàëîå êîëè÷åñòâî, íå â ïîñëåäíþþ î÷åðåäü èç-çà îòñóòñòâèÿ âåñîìûõ íàáëþäàòåëüíûõ ïîäòâåðæäåíèé.

Îòêðûòèå Õàááëà áûëî áû íåâîçìîæíûì, åñëè áû íå áûëè ñîçäàíû ïåðâûå ñòóïåíè ëåñòíèöû ðàññòîÿíèé.  îñíîâå ýòîé ëåñòíèöû ëåæèò ìåòîä òðèãîíîìåòðè÷åñêèõ ïàððàëàêñîâ -- åäèíñòâåííûé ïðÿìîé ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèÿ, äîñòóïíûé àñòðîíîìàì. Âñå îñòàëüíûå ìåòîäû -- ëèáî êîñâåííû, ëèáî ìîäåëåçàâèñèìû.

Ìåòîä òðèãîíîìåòðè÷åñêèõ ïàðàëëàêñîâ

Ïàðàëëàêñ -- ýòî íåêèé óãîë, âîçíèêàþùèé áëàãîäàðÿ ïðîåêöèè èñòî÷íèêà íà íåáåñíóþ ñôåðó. Ðàçëè÷àþò äâà âèäà ïàðàëëàêñà: ãîäè÷íûé è ãðóïïîâîé.

Ãîäè÷íûé ïàðàëëàêñ -- óãîë, ïîä êîòîðûì áûë áû âèäåí ñðåäíèé ðàäèóñ Çåìíîé îðáèòû èç öåíòðà ìàññ çâåçäû. Èç çàêîíîâ åâêëèäîâîé ãåîìåòðèè èñêîìîå ðàññòîÿíèå äî çâåçäû ðàâíî:

Îäíàêî íà ïðàêòèêå íèêòî òàê íå ñ÷èòàåò, òàê êàê ïàðàëëàêñ -- ìàëûé óãîë, à äëÿ ìàëûõ óãëîâ siná = á. Èòîãîâàÿ ôîðìóëà, êîòîðóþ è èñïîëüçóþò íà ïðàêòèêå:

ãäå óãîë á âûðàæåí â ðàäèàíàõ. Çíà÷åíèå ïàðàëëàêñà óìåíüøàåòñÿ ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ äî çâåçäû, ðåçêî îãðàíè÷èâàÿ îáëàñòü ïðèìåíåíèÿ ìåòîäà.

Ñóòü ãðóïïîâîãî ïàðàëëàêñà ñîñòîèò â ñëåäóþùåì: åñëè íåêîå ñêîïëåíèå èìååò çàìåòíóþ ñêîðîñòü îòíîñèòåëüíî Çåìëè, òî ïî çàêîíàì ïðîåêöèè âèäèìûå íàïðàâëåíèÿ äâèæåíèÿ åãî ÷ëåíîâ áóäóò ñõîäèòñÿ â îäíîé òî÷êå, íàçûâàåìîé ðàäèàíòîì ñêîïëåíèÿ. Ïîëîæåíèå ðàäèàíòà îïðåäåëÿåòñÿ èç ñîáñòâåííûõ äâèæåíèé çâ¸çä è ñìåùåíèÿ èõ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé, âîçíèêøåãî èç-çà ýôôåêòà Äîïëåðà. Òîãäà èñêîìîå ðàññòîÿíèå íàõîäèòñÿ èç ñëåäóþùåãî ñîîòíîøåíèÿ:

4.738ìr = Vrtg(ë),

ãäå ì è Vr -- ñîîòâåòñòâåííî óãëîâàÿ è ëó÷åâàÿ ñêîðîñòü çâåçäû ñêîïëåíèÿ, ë -- óãîë ìåæäó ïðÿìûìè Ñîëíöå--çâåçäà è çâåçäà--ðàäèàíò, à r -- ðàññòîÿíèå, âûðàæåííîå â ïàðñåêàõ. Ê ñîæàëåíèþ, òîëüêî Ãèàäû èìåþò çàìåòíûé ãðóïïîâîé ïàðàëëàêñ, íî äî çàïóñêà ñïóòíèêà Hipparcos òîëüêî òàêèì ñïîñîáîì ìîæíî îòêàëèáðîâàòü øêàëó ðàññòîÿíèé äëÿ ñòàðûõ îáúåêòîâ.

Ïîëó÷àåìîå òàêèì ìåòîäîì ðàññòîÿíèå ÿâëÿåòñÿ ãåîìåòðè÷åñêèì (óãëîâûì), à áîëüøèíñòâî îñòàëüíûõ ìåòîäîâ èçìåðÿåò ôîòîìåòðè÷åñêèå ðàññòîÿíèÿ, òàê êàê ðàçìåðû áîëåå óäàë¸ííûõ îáúåêòîâ ëèáî ñëèøêîì ìàëû, ëèáî íåèçâåñòíû ñ äîñòàòî÷íîé òî÷íîñòüþ.

Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ïî öåôåèäàì è çâ¸çäàì òèïà RR Ëèðû

Íà Öåôåèäàõ è çâ¸çäàõ òèïà RR Ëèðû åäèíàÿ øêàëà ðàññòîÿíèé ðàñõîäèòñÿ íà äâå âåòâè -- øêàëó ðàññòîÿíèé äëÿ ìîëîäûõ îáúåêòîâ è äëÿ ñòàðûõ. Öåôåèäû ðàñïîëîæåíû, â îñíîâíîì, â îáëàñòÿõ íåäàâíåãî çâ¸çäîîáðàçîâàíèÿ, è ïîýòîìó ÿâëÿþòñÿ ìîëîäûìè îáúåêòàìè. Ïåðåìåííûå òèïà RR Ëèðû òÿãîòåþò ê ñòàðûì ñèñòåìàì, íàïðèìåð, îñîáåííî èõ ìíîãî â øàðîâûõ çâ¸çäíûõ ñêîïëåíèÿõ â ãàëî íàøåé Ãàëàêòèêè.

Îáà òèïà çâ¸çä -- ïåðåìåííûå, íî åñëè öåôåèäû -- íåäàâíî îáðàçîâàâøèåñÿ îáúåêòû, òî âòîðûå -- ýòî çâ¸çäû, óæå ñîøåäøèå ñ ãëàâíîé ïîñëåäîâàòåëüíîñòè -- ãèãàíòû ñïåêòðàëüíûõ êëàññîâ A--F, ðàñïîëîæåííûå, â îñíîâíîì, íà ãîðèçîíòàëüíîé âåòâè äèàãðàììû «öâåò-âåëè÷èíà» äëÿ øàðîâûõ ñêîïëåíèé. Îäíàêî ñïîñîáû èõ èñïîëüçîâàíèÿ êàê ñòàíäàðòíûõ ñâå÷ ðàçëè÷íû:

Äëÿ öåôåèä ñóùåñòâóþò õîðîøàÿ çàâèñèìîñòü «Ïåðèîä ïóëüñàöèè -- Àáñîëþòíàÿ çâ¸çäíàÿ âåëè÷èíà». Ñêîðåå âñåãî ýòî ñâÿçàíî ñ òåì, ÷òî ìàññû öåôåèä ðàçëè÷íû.

Äëÿ çâ¸çä RR Ëèðû ñðåäíÿÿ àáñîëþòíàÿ çâ¸çäíàÿ âåëè÷èíà ïðèìåðíî îäèíàêîâà è ñîñòàâëÿåò .

Îïðåäåëåíèå äàííûì ìåòîäîì ðàññòîÿíèé ñîïðÿæåíî ñ ðÿäîì òðóäíîñòåé:

Íåîáõîäèìî âûäåëèòü îòäåëüíûå çâåçäû.  ïðåäåëàõ Ìëå÷íîãî Ïóòè ýòî íå ñîñòàâëÿåò îñîáîãî òðóäà, íî ÷åì áîëüøå ðàññòîÿíèå, òåì ìåíüøå óãîë, ðàçäåëÿþùèé çâåçäû.

Ñ ðîñòîì ðàññòîÿíèÿ áûñòðî ïàäàåò ïðèíèìàåìîå êîëè÷åñòâî ñâåòà, à âìåñòå ñ íèì ðåçêî óõóäøàåòñÿ ñîîòíîøåíèå ñèãíàë\øóì, óõóäøàåòñÿ òî÷íîñòü èçìåðåííûõ çâ¸çäíûõ âåëè÷èí.

Íåîáõîäèìî ó÷èòûâàòü ïîãëîùåíèå ñâåòà ïûëüþ è å¸ íåîäíîðîäíîñòü ðàñïðåäåëåíèÿ â ïðîñòðàíñòâå.

Êðîìå òîãî, äëÿ öåôåèä îñòà¸òñÿ ñåðü¸çíîé ïðîáëåìîé òî÷íîå îïðåäåëåíèå íóëü ïóíêòà çàâèñèìîñòè «Ïåðèîä ïóëüñàöèè -- Ñâåòèìîñòü», à ïðè îïðåäåëåíèè ñâåòèìîñòè çâåçäû òèïà RR Ëèðû âàæíî çíàòü å¸ ìåòàëëè÷íîñòü.

Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ïî ñâåðõíîâûì òèïà Ia

Õàðàêòåðíàÿ ÷åðòà ñâåðõíîâûõ òèïà Ia -- ñõîäñòâî êðèâûõ áëåñêà è îäèíàêîâàÿ ñâåòèìîñòü â èõ ìàêñèìóìå. Îòêðûòèå ïîñëåäíåãî ôàêòà ñòàëî âîçìîæíûì ïîñëå îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèé ïî öåôåèäàì äî ãàëàêòèê, â êîòîðûõ ïðîèçîøëè âñïûøêè ñâåðõíîâûõ. Ñîáñòâåííî, òîëüêî ïîñëå ýòîãî ñòàëî âîçìîæíûì èñïîëüçîâàíèå ñâåðõíîâûõ â êà÷åñòâå ñòàíäàðòíûõ ñâå÷.

Ôèçè÷åñêàÿ ñõåìà ÿâëåíèÿ ïðîñòà. Ïðàðîäèòåëåì ñâåðõíîâîé òàêîãî òèïà ÿâëÿåòñÿ òåñíàÿ äâîéíàÿ ñèñòåìà èç áåëîãî êàðëèêà è êðàñíîãî ãèãàíòà. Âåùåñòâî ñ êðàñíîãî ãèãàíòà ïåðåòåêàåò íà áåëûé êàðëèê, ñêàïëèâàÿñü íà åãî ïîâåðõíîñòè. Âåùåñòâî áåëîãî êàðëèêà -- ýòî âûðîæäåííûé ãàç, â êàêîé-òî ìîìåíò åãî äàâëåíèå áîëåå íå ñïîñîáíî âûäåðæèâàòü âåñ ñêîïèâøåãîñÿ âåùåñòâà. Ìàññà áåëîãî êàðëèêà íà òîò ìîìåíò èçâåñòíà è ðàâíà ïðåäåëó ×àíäðàñåêàðà, ÷òî ïðèâîäèò ê ïðèìåðíî îäèíàêîâîìó âûäåëåíèþ ýíåðãèè ïðè âñïûøêå. Õàðàêòåðíàÿ ýíåðãèÿ ñâåðõíîâîé -- 1050 -- 1051 ýðã[9], ÷òî âûøå ãðàâèòàöèîííîé ýíåðãèè ñâÿçè çâåçäû. Çíà÷èò, ïðîèñõîäèò âçðûâ íå îòäåëüíîé å¸ ÷àñòè, à âñåé öåëèêîì, ïðè÷¸ì âûðîæäåííîñòü ãàçà îáåñïå÷èâàåò îäíîâðåìåííîñòü âçðûâà ïî âñåìó îáú¸ìó áåëîãî êàðëèêà. Âìåñòå ñî âñåì âåùåñòâîì ãîðÿò óãëåðîä è êèñëîðîä, îáðàçóÿ ðàäèîàêòèâíûé íèêåëü. Ïîñëå âçðûâà âñ¸ âåùåñòâî çâåçäû ïåðåõîäèò â ðàññåèâàþùóþñÿ îáîëî÷êó, ïîäñâå÷èâàåìóþ ýíåðãèåé ðàñïàäà ðàäèîàêòèâíîãî íèêåëÿ[9].

Âûøåñêàçàííîå îçíà÷àåò, ÷òî íàáëþäàÿ çà êðèâîé áëåñêà, ìîæíî îïðåäåëèòü, êàêóþ æå çâåçäíóþ âåëè÷èíó ñâåðõíîâàÿ èìåëà â ìàêñèìóìå, à çíà÷èò -- è îïðåäåëèòü ðàññòîÿíèå. Ñëåäóÿ ïîäîáíûì ïóò¸ì, â 1998 ãîäó äâå ãðóïïû íàáëþäàòåëåé îòêðûëè óñêîðåíèå ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé.

Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ïî ãðàâèòàöèîííûì ëèíçàì

Ïðîõîäÿ îêîëî ìàññèâíîãî òåëà, ëó÷ ñâåòà îòêëîíÿåòñÿ, êàê áû ïðèòÿãèâàÿñü ê íåìó. Òàêèì îáðàçîì ìàññèâíîå òåëî ñïîñîáíî ñîáèðàòü ïàðàëëåëüíûé ïó÷îê ñâåòà â íåêîòîðîì ôîêóñå, ñòðîÿ èçîáðàæåíèå, ïðè÷¸ì èõ ìîæåò áûòü íåñêîëüêî. Ýòî ÿâëåíèå íàçûâàåòñÿ ãðàâèòàöèîííûì ëèíçèðîâàíèåì. Åñëè ëèíçèðóåìûé îáúåêò -- ïåðåìåííûé, è íàáëþäàåòñÿ íåñêîëüêî åãî èçîáðàæåíèé, òî ýòî îòêðûâàåò âîçìîæíîñòü èçìåðåíèÿ ðàññòîÿíèé, òàê êàê ìåæäó èçîáðàæåíèÿìè áóäóò ðàçëè÷íûå âðåìåííûìå çàäåðæêè èç-çà ðàñïðîñòðàíåíèÿ ëó÷åé â ðàçíûõ ÷àñòÿõ ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ ëèíçû (ýôôåêò àíàëîãè÷åí ýôôåêòó Øàïèðî â Ñîëíå÷íîé ñèñòåìå).

Åñëè â êà÷åñòâå õàðàêòåðíîãî ìàñøòàáà äëÿ êîîðäèíàò èçîáðàæåíèÿ î è èñòî÷íèêà ç(ñì. ðèñóíîê) â ñîîòâåòñòâóþùèõ ïëîñêîñòÿõ âçÿòü î0=Dl è ç0=î0Ds/Dl (ãäå D -- óãëîâîå ðàññòîÿíèå), òîãäà ìîæíî çàïèñûâàòü âðåìåííîìå çàïàçäûâàíèå ìåæäó èçîáðàæåíèÿìè íîìåð i è j ñëåäóþùèì îáðàçîì[10]:

ãäå x=î/î0 è y=ç/ç0 -- óãëîâûå ïîëîæåíèÿ èñòî÷íèêà è èçîáðàæåíèÿ ñîîòâåòñòâåííî, ñ -- ñêîðîñòü ñâåòà, zl -- êðàñíîå ñìåùåíèå ëèíçû, à ø -- ïîòåíöèàë îòêëîíåíèÿ, çàâèñÿùèé îò âûáîðà ìîäåëè. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî â áîëüøèíñòâå ñëó÷àåâ ðåàëüíûé ïîòåíöèàë ëèíçû õîðîøî àïïðîêñèìèðóåòñÿ ñèíãóëÿðíîé èçîòåðìè÷åñêîé ñôåðîé. Òîãäà âðåìÿ çàäåðæêè îïðåäåëÿåòñÿ ñîâåðøåííî ïðîñòûì îáðàçîì:

Îäíàêî íà ïðàêòèêå, ÷óâñòâèòåëüíîñòü ìåòîäà ê âèäó ïîòåíöèàëà ãàëî ãàëàêòèêè ñóùåñòâåííà. Òàê, èçìåðåííîå çíà÷åíèå H0 ïî ãàëàêòèêå SBS 1520+530 â çàâèñèìîñòè îò ìîäåëè êîëåáëåòñÿ îò 46 äî 72 êì/(ñ Ìïê)[11].

Ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèÿ ïî êðàñíûì ãèãàíòàì

ßð÷àéøèå êðàñíûå ãèãàíòû èìåþò îäèíàêîâóþ àáñîëþòíóþ çâ¸çäíóþ âåëè÷èíó ?3.0m±0.2m. Íàáëþäàòåëüíî ïåðâûì ýòîò ýôôåêò îáíàðóæèë Ñåíäèäæ â 1971 ãîäó. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ýòè çâ¸çäû ëèáî íàõîäÿòñÿ íà âåðõíåé òî÷êå ïåðâîãî ïîäú¸ìà âåòâè êðàñíûõ ãèãàíòîâ çâ¸çä ìàëîé ìàññû (ìåíüøå ñîëíå÷íîé), ëèáî ëåæàò íà àñèìïòîòè÷åñêîé âåòâè ãèãàíòîâ.

Îñíîâíûì äîñòîèíñòâîì ìåòîäà ÿâëÿåòñÿ òî, ÷òî êðàñíûå ãèãàíòû óäàëåíû îò îáëàñòåé çâ¸çäîîáðàçîâàíèÿ è ïîâûøåííîé êîíöåíòðàöèè ïûëè.

Ïðîáëåìû è ñîâðåìåííûå äèñêóññèè

Åñëè ïðîýêñòðàïîëèðîâàòü çàêîí Õàááëà íàçàä âî âðåìåíè, òî â èòîãå âîçíèêíåò òî÷êà, ñèíãóëÿðíîñòü. Ìÿãêî ãîâîðÿ, ýòî áîëüøàÿ ïðîáëåìà, òàê êàê ôèçèêà â îêðåñòíîñòè ñèíãóëÿðíîñòè, ïî-âèäèìîìó, äîëæíà èçìåíÿòüñÿ. È õîòÿ, ñëåäóÿ ïóò¸ì Ãàìîâà, ïðåäëîæåííûì â 1946 ãîäó, ìîæíî íàä¸æíî ýêñòðàïîëèðîâàòü äî ìîìåíòà, ïîêà ðàáîòîñïîñîáíû ñîâðåìåííûå çàêîíû ôèçèêè, íî êîãäà íàñòóïèò ìîìåíò ïåðåõîäà ê òîé, èíîé ôèçèêå, êîòîðàÿ îòâåòñòâåííà çà âîçíèêíîâåíèå Âñåëåííîé, íåèçâåñòíî. Ïðåäïîëàãàåòñÿ, ÷òî ýòî -- âåëè÷èíà ïîðÿäêà ïëàíêîâñêîãî âðåìåíè, ˜10 - 43 ñ.

Âòîðîé ïðîáëåìîé ÿâëÿåòñÿ íåîïðåäåë¸ííîñòü â çíà÷åíèè ïîñòîÿííîé Õàááëà è å¸ èçîòðîïèè. Îòêðûòîå áûëî àíèçîòðîïíîå ïîâåäåíèå ïîñòîÿííîé Õàááëà íà ìàñøòàáàõ 10-20°[12], ñòàâÿùåå ïîä ñîìíåíèå ËCDM-ìîäåëü, îñïàðèâàåòñÿ. Îïïîíåíòû îñíîâûâàþòñÿ íà îïóáëèêîâàííûõ äàííûõ î ñâåðõíîâûõ òèïà Ia[13]. Îäíàêî îòñóòñòâèå ýôôåêòà ìîæåò áûòü âûçâàíî îòñåâîì íåêîòîðûõ ñâåðõíîâûõ.  ëþáîì ñëó÷àå íóæíû íîâûå äàííûå.

Èçó÷åíèå èñòîðèè ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé è å¸ êðóïíîìàñøòàáíîé ñòðóêòóðû

Êðàéíå òðóäíûå çàäà÷è -- èçó÷åíèå èñòîðèè ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé è ïðîáëåìà âîçíèêíîâåíèÿ å¸ êðóïíîìàñøòàáíîé ñòðóêòóðû -- îäíîâðåìåííî ÿâëÿþòñÿ êðàéíå âàæíûìè äëÿ âñåé àñòðîôèçèêè â öåëîì: òîëüêî èõ ðåøåíèå ìîæåò ïîêàçàòü âåðíîñòü íàøåãî ïîíèìàíèÿ ïðîöåññîâ, ïðîèñõîäÿùèõ â îòäåëüíûõ îáúåêòàõ è èõ îáúåäèíåíèÿõ íà äàííûé ìîìåíò. Òðóäíîñòü äàííûõ çàäà÷ ñîñòîèò â òîì, ÷òî ñ îäíîé ñòîðîíû íåîáõîäèìî òàê èëè èíà÷å íàáëþäàòü ìîëîäûå è ïîýòîìó óäàë¸ííûå îáúåêòû, â ìàññå ñâîåé ÿâëÿþùèåñÿ ñëàáûìè, è äëÿ ýòîãî íàäî ñóçèòü ïîëå òåëåñêîïà, ÷òîáû óâåëè÷èòü ñîîòíîøåíèå ñèãíàë/øóì; à ñ äðóãîé -- íåîáõîäèìî íàáëþäàòü îáúåêòû ìàññîâî, ÷òîáû èñêëþ÷èòü ýôôåêòû ñåëåêöèè è òîìó ïîäîáíûå ïðè èíòåðïîëÿöèè ðåçóëüòàòîâ íà âñþ Âñåëåííóþ, äëÿ ÷åãî íåîáõîäèìî êàê ìîæíî áîëüøåå ïîëå.

Ïðè÷èíà ñëàáîñòè æå ñòàðûõ îáúåêòîâ äâîÿêà: äëÿ áëèçêèõ îáúåêòîâ ñòàðîñòü â îñíîâíîì îçíà÷àåò, ÷òî ïåðèîä èõ íàèâûñøåé ñâåòèìîñòè ïðîéäåí, è ñåé÷àñ îíè, ïî ðàçíûì ïðè÷èíàì ëèøèâøèñü îñíîâíîãî èñòî÷íèêà ýíåðãèè, ìîãóò ñâåòèòü ëèøü áëàãîäàðÿ ñêóäíûì ñòàðûì çàïàñàì; äàë¸êèå æå îáúåêòû îñëàáëåíû êàê ñâîåé äàëüíîñòüþ, òàê è òåì, ÷òî èõ ñïåêòð âìåñòå ñ êðàéíå âàæíîé ëèíèåé Lá èç-çà ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé ñìåùàåòñÿ â èíôðàêðàñíûé äèàïàçîí, íàáëþäåíèÿ â êîòîðîì ñâÿçàíû ñ áîëüøèìè òåõíè÷åñêèìè òðóäíîñòÿìè.

Åñòü äâà ïîäõîäà ê ðåøåíèþ äàííûõ ïðîáëåì:

×èñòî ñèëîâîé: ìû ïîâûøàåì êà÷åñòâî íàøèõ ïðèáîðîâ, íàáëþäàåì âñ¸ áîëåå ñëàáûå îáúåêòû, ñíèìàåì âñ¸ áîëåå êà÷åñòâåííûå ñïåêòðû, è/èëè äåëàåì ìàññîâûå íàáëþäåíèÿ. Äàííûé ïîäõîä ïîçâîëÿåò äîñòèãàòü íàèëó÷øåé íà äàííûé ìîìåíò òî÷íîñòè ïðè îòíîñèòåëüíîé ïðîñòîòå ðåàëèçàöèè äëÿ íàáëþäàòåëÿ, íî òðåáóåò çíà÷èòåëüíûõ ðåñóðñîçàòðàò.

Áîëåå òâîð÷åñêèé: ñ ïðèìåíåíèåì ðàçëè÷íûõ ìåòîäèê àíàëèçà èìåþùèõñÿ äàííûõ, ïîëó÷åííûõ ñ èñïîëüçîâàíèåì óæå èìåþùèõñÿ ðåñóðñîâ.

Îáû÷íî èõ ïðèìåíÿþò â ñâÿçêå: ñ ïîìîùüþ âòîðîãî ñïîñîáà íàìå÷àþò ïðîáëåìû è çàäà÷è, êîòîðûå ïîòîì ðåøàþòñÿ íà êà÷åñòâåííî íîâîì óðîâíå ñ ïîìîùüþ ëó÷øèõ êîñìè÷åñêèõ è íàçåìíûõ òåëåñêîïîâ.

Òàêæå ÿâëÿåòñÿ ïðîáëåìîé è òî, ÷òî âìåñòå ñî Âñåëåííîé ýâîëþöèîíèðóþò è îáúåêòû, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ âåäóòñÿ èññëåäîâàíèÿ. À çíà÷èò, ÷òî íåîáõîäèìî âìåñòå ñ èññëåäîâàíèåì ñàìîãî îáúåêòà íàáëþäåíèÿ íåîáõîäèìî èçó÷àòü è ìåòîä, ñ ïîìîùüþ êîòîðîãî ýòè íàáëþäåíèÿ âåäóòñÿ.

Ñòàíäàðòíûå îáúåêòû, ñ ïîìîùüþ êîòîðûõ èññëåäóåòñÿ èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé:

Ãàëàêòèêè -- òèïè÷íûå îáúåêòû èññëåäîâàíèé â íàáëþäàòåëüíîé êîñìîëîãèè. Âñå ìåòîäû, ïðèìåíÿåìûå äëÿ èõ íàáëþäåíèé, èñïîëüçóþòñÿ òàêæå êî âñåì êîñìîëîãè÷åñêèì îáúåêòàì. Ýòî è ñðàâíåíèÿ ìîäåëüíîãî ñïåêòðà ñ íàáëþäàåìûì, è ó÷¸ò ìåòàëëè÷íîñòè, è ó÷¸ò ïûëè, è îòîæäåñòâëåíèå õàðàêòåðíûõ îñîáåííîñòåé ÷àñòåé ñïåêòðà ñ íàëè÷èåì ðàçëè÷íûõ ïðîöåññîâ âíóòðè îáúåêòà.

Îáùèå ìåòîäû

Îáùèì ÿâëåíèåì äëÿ âñåõ äàë¸êèõ îáúåêòîâ ÿâëÿåòñÿ ýôôåêò Ãàíà -- Ïåòåðñîíà, ñóòü êîòîðîãî ñîñòîèò â ñëåäóþùåì:

Îáëàêà íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà ýôôåêòèâíî ïîãëîùàþò ñâåò íà äëèíàõ âîëí îò Lá(1216 Å) äî ëàéìàíîâñêîãî ïðåäåëà, îáðàçóÿ â ñïåêòðå èñòî÷íèêà òàê íàçûâàåìûé «Lá-ëåñ». Èçëó÷åíèå, èçíà÷àëüíî êîðîòêîâîëíîâîå, íà ïóòè ê íàì èç-çà ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé ïîãëîùàåòñÿ òàì, ãäå åãî äëèíà âîëíû ñðàâíèâàåòñÿ ñ ýòèì «ëåñîì». Ñå÷åíèå âçàèìîäåéñòâèÿ î÷åíü áîëüøîå è ðàñ÷¸ò ïîêàçûâàåò, ÷òî äàæå ìàëîé äîëè íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà äîñòàòî÷íî äëÿ ñîçäàíèÿ áîëüøîãî ïîãëîùåíèÿ â íåïðåðûâíîì ñïåêòðå. Ó÷èòûâàÿ ìàñøòàá ìåæãàëàêòè÷åñêîé ñðåäû, ëåãêî ïðèéòè ê âûâîäó, ÷òî ïðîâàë â ñïåêòðå áóäåò íà äîâîëüíî øèðîêîì èíòåðâàëå. Äëèííîâîëíîâàÿ ãðàíèöà ýòîãî èíòåðâàëà îáóñëîâëåíà Lá, à êîðîòêîâîëíîâàÿ çàâèñèò îò áëèæàéøåãî êðàñíîãî ñìåùåíèÿ, áëèæå êîòîðîãî ñðåäà èîíèçîâàíà è íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà ìàëî.

Ýôôåêò íàáëþäàåòñÿ â êâàçàðàõ ñ êðàñíûì ñìåùåíèåì z > 6. Îòñþäà äåëàåòñÿ âûâîä, ÷òî ýïîõà èîíèçàöèè ìåæãàëàêòè÷åñêîãî ãàçà íà÷àëàñü ñ z ? 6.

Ê ýôôåêòàì, íàáëþäåíèÿ êîòîðûõ âîçìîæíû òàêæå äëÿ ëþáîãî îáúåêòà (äàæå íåâàæíî, ÷òîáû îí áûë äàëåêèì), íåîáõîäèìî îòíåñòè è ýôôåêò ãðàâèòàöèîííîãî ëèíçèðîâàíèÿ.  ïðîøëîì ðàçäåëå áûëî óêàçàíî, ÷òî ñ ïîìîùüþ ãðàâèòàöèîííîãî ëèíçèðîâàíèÿ ñòðîÿò øêàëó ðàññòîÿíèé, ýòî âàðèàíò òàê íàçûâàåìîãî ñèëüíîãî ëèíçèðîâàíèÿ, êîãäà óãëîâîå ðàçäåëåíèå èçîáðàæåíèé èñòî÷íèêà ìîæíî íåïîñðåäñòâåííî íàáëþäàòü. Îäíàêî ñóùåñòâóåò åù¸ è ñëàáîå ëèíçèðîâàíèå, ñ åãî ïîìîùüþ ìîæíî èññëåäîâàòü ïîòåíöèàë èçó÷àåìîãî îáúåêòà. Òàê, ñ åãî ïîìîùüþ áûëî óñòàíîâëåíî, ÷òî ñêîïëåíèÿ ãàëàêòèê ðàçìåðîì îò 10 äî 100 Ìïê ÿâëÿþòñÿ ãðàâèòàöèîííî ñâÿçàííûìè, òåì ñàìûì ÿâëÿÿñü ñàìûìè êðóïíûìè ñòàáèëüíûìè ñèñòåìàìè âî Âñåëåííîé. Òàêæå âûÿñíèëîñü, ÷òî îáåñïå÷èâàåò ýòó ñòàáèëüíîñòü ìàññà, ïðîÿâëÿþùàÿ òîëüêî â ãðàâèòàöèîííîì âçàèìîäåéñòâèè -- ò¸ìíàÿ ìàññà èëè, êàê å¸ íàçûâàþò â êîñìîëîãèè, ò¸ìíàÿ ìàòåðèÿ[16][17].

Ê ñòàíäàðòíûì ïðèåìàì, ïîçâîëÿþùèì ïðîÿñíèòü ïðèðîäó ëþáîãî îáúåêòà, ìîæíî îòíåñòè ñðàâíåíèå êàê ñïåêòðîâ ðàçëè÷íûõ, íî ïðèíàäëåæàùèõ ê îäíîìó êëàññó îáúåêòîâ, òàê è ðàçëè÷íûõ ÷àñòåé îäíîãî è òîãî æå ñïåêòðà.

Òàê, êîìáèíèðóþò îáà âàðèàíòà: ñíà÷àëà ñðàâíèâàÿ ñïåêòðû äâóõ ðàçëè÷íûõ êâàçàðîâ, à ïîòîì ñðàâíèâàÿ îòäåëüíûå ó÷àñòêè ñïåêòðà îäíîãî è òîãî æå êâàçàðà, îáíàðóæèëè ñèëüíûé ïðîâàë íà îäíîì èç UV ó÷àñòêîâ ñïåêòðà[18]. Ñòîëü ñèëüíûé ïðîâàë ìîã áûòü âûçâàí òîëüêî áîëüøîé êîíöåíòðàöèåé ïûëè, ïîãëîùàþùåé èçëó÷åíèå. Ðàíåå ïûëü ïûòàëèñü îáíàðóæèòü ïî ñïåêòðàëüíûì ëèíèÿì, íî âûäåëèòü êîíêðåòíûå ñåðèè ëèíèé, äîêàçûâàþùåå, ÷òî ýòî èìåííî ïûëü, à íå ïðèìåñü òÿæåëûõ ýëåìåíòîâ â ãàçå, íå óäàâàëîñü. Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå ýòîãî ìåòîäà ïîçâîëèëî îöåíèòü òåìï çâ¸çäîîáðàçîâàíèÿ íà z îò ~ 2 äî ~ 6[19].

Êðóïíåéøèìè èñòî÷íèêàìè äàííûõ î âíåãàëàêòè÷åñêèõ îáúåêòàõ ÿâëÿþòñÿ îòäåëüíûå íàáëþäåíèÿ êîíêðåòíûõ îáúåêòîâ, îáçîðû òèïà SDSS, APM, 2df, à òàêæå êîìïèëÿòèâíûå áàçû äàííûõ, òàêèå êàê Ned è Hyperleda. Íàïðèìåð, â îáçîðå 2df îõâàò íåáà ñîñòàâëÿë ~ 5 %, ñðåäíåå z -- 0,11 (~ 500 Ìïê), êîëè÷åñòâî îáúåêòîâ -- ~ 220 000.

Ê âíåãàëàêòè÷åñêèì îáúåêòàì ìîæíî ïðèìåíèòü ìåòîä, àíàëîãè÷íûé ìåòîäó «çâ¸çäíûõ ïîäñ÷åòîâ» Ãåðøåëÿ: âûáðàòü ó÷àñòîê íà íåáå è ïîñòðîèòü ðàñïðåäåëåíèå ãàëàêòèê ïî êðàñíîìó ñìåùåíèþ, ïîòîì ïåðåéòè ê ñëåäóþùåìó ó÷àñòêó. Ïî ñóòè ýòî åäèíñòâåííûé ñïîñîá èçó÷åíèÿ êðóïíîìàñøòàáíîé ñòðóêòóðû, îòðàæàþùåé ýâîëþöèþ Âñåëåííîé êàê öåëîãî.

Óæå íà ïðåäñòàâëåííîì ðèñóíêå ìîæíî âèäåòü, ÷òî ãàëàêòèêè ðàñïîëîæåíû â ïðîñòðàíñòâå íåîäíîðîäíî íà ìàëûõ ìàñøòàáàõ. Ïîñëå áîëåå äåòàëüíîãî ðàññìîòðåíèÿ îáíàðóæèâàåòñÿ, ÷òî ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà ðàñïðåäåëåíèÿ ãàëàêòèê -- ÿ÷åèñòàÿ: óçêèå ñòåíêè ñ øèðèíîé, îïðåäåëÿåìîé âåëè÷èíîé ñêîïëåíèé è ñâåðõñêîïëåíèé ãàëàêòèê, à âíóòðè ýòèõ ÿ÷ååê -- ïóñòîòû, òàê íàçûâàåìûå âîéäû[17].

Ïðè ïåðåõîäå ê ìàñøòàáàì ñîòåí ìåãàïàðñåê ÿ÷åéêè ñêëàäûâàþòñÿ è óñðåäíÿþòñÿ, ðàñïðåäåëåíèå âèäèìîãî âåùåñòâà ñòàíîâèòñÿ îäíîðîäíûì. Îäíàêî íåêîòîðûå èññëåäîâàíèÿ[20][21][22] ïîêàçûâàþò, ÷òî äëÿ îáúåêòîâ ñ ëèíèÿìè àáñîðáöèè, à òàêæå êâàçàðîâ ïëîòíîñòü îáúåêòîâ â çàâèñèìîñòè îò êðàñíîãî ñìåùåíèÿ ìîæåò áûòü ñóùåñòâåííî èíîé, è ñ ÷åì ýòî ñâÿçàíî -- ïîêà íå ñîâñåì ïîíÿòíî.

Äî ïîñëåäíåãî âðåìåíè íå áûëî ÿñíîñòè â òîì, êàê ýâîëþöèîíèðóåò êðóïíîìàñøòàáíàÿ ñòðóêòóðà Âñåëåííîé. Îäíàêî ðàáîòû ïîñëåäíåãî âðåìåíè ïîêàçûâàþò, ÷òî ïåðâûìè ñôîðìèðîâàëèñü êðóïíûå ãàëàêòèêè, è òîëüêî ïîòîì óæå ìåëêèå (òàê íàçûâàåìûé downsizing ýôôåêò)[23][24].

Îñîáåííîñòè íàáëþäåíèé êâàçàðîâ

Óíèêàëüíîå ñâîéñòâî êâàçàðîâ -- áîëüøèå êîíöåíòðàöèè ãàçà â îáëàñòè èçëó÷åíèÿ, ïî ñîâðåìåííûì ïðåäñòàâëåíèÿì àêêðåöèÿ ýòîãî ãàçà íà ÷¸ðíóþ äûðó è îáåñïå÷èâàåò ñòîëü âûñîêóþ ñâåòèìîñòü îáúåêòîâ. Âûñîêàÿ êîíöåíòðàöèÿ âåùåñòâà îçíà÷àåò è âûñîêóþ êîíöåíòðàöèþ òÿæåëûõ ýëåìåíòîâ, à çíà÷èò -- è áîëåå çàìåòíûå àáñîðáöèîííûå ëèíèè. Òàê, â ñïåêòðå îäíîãî èç ëèíçèðóåìûõ êâàçàðîâ áûëè îáíàðóæåíû ëèíèè âîäû[25].

Óíèêàëüíûì ïðåèìóùåñòâîì ÿâëÿåòñÿ è âûñîêàÿ ñâåòèìîñòü â ðàäèîäèàïaçîíå, íà å¸ ôîíå ïîãëîùåíèå ÷àñòè èçëó÷åíèÿ õîëîäíûì ãàçîì áîëåå çàìåòíî. Ïðè ýòîì ãàç ìîæåò ïðèíàäëåæàòü êàê ðîäíîé ãàëàêòèêå êâàçàðà, òàê è ñëó÷àéíîìó îáëàêó íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà â ìåæãàëàêòè÷åñêîé ñðåäå, èëè ãàëàêòèêå, ñëó÷àéíî ïîïàâøåé íà ëó÷ çðåíèÿ (ïðè ýòîì íåðåäêè ñëó÷àè, êîãäà òàêàÿ ãàëàêòèêà íå âèäíà -- îíà ñëèøêîì òóñêëàÿ äëÿ íàøèõ òåëåñêîïîâ). Èçó÷åíèå ìåæçâ¸çäíîãî âåùåñòâà â ãàëàêòèêàõ äàííûì ìåòîäîì íàçûâàåòñÿ «èçó÷åíèåì íà ïðîñâåò», ê ïðèìåðó, ïîäîáíûì îáðàçîì áûëà îáíàðóæåíà ïåðâàÿ ãàëàêòèêà ñî ñâåðõñîëíå÷íîé ìåòàëëè÷íîñòüþ[26].

Òàêæå âàæíûì ðåçóëüòàòîì ïðèìåíåíèÿ äàííîãî ìåòîäà, ïðàâäà íå â ðàäèî-, à â îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå, ÿâëÿþòñÿ èçìåðåíèÿ ïåðâè÷íîãî îáèëèÿ äåéòåðèÿ. Ñîâðåìåííîå çíà÷åíèå îáèëèÿ äåéòåðèÿ, ïîëó÷åííîå ïî òàêèì íàáëþäåíèÿì, ñîñòàâëÿåò .

Ñ ïîìîùüþ êâàçàðîâ ïîëó÷åíû óíèêàëüíûå äàííûå î òåìïåðàòóðå ðåëèêòîâîãî ôîíà íà z ? 1,8 è íà z = 2,4.  ïåðâîì ñëó÷àå èññëåäîâàëèñü ëèíèè ñâåðõòîíêîé ñòðóêòóðû íåéòðàëüíîãî óãëåðîäà, äëÿ êîòîðûõ êâàíòû ñ T ? 7,5 Ê (ïðåäïîëàãàåìàÿ òåìïåðàòóðà ðåëèêòîâîãî ôîíà íà òîò ìîìåíò) èãðàþò ðîëü íàêà÷êè, îáåñïå÷èâàÿ èíâåðñíóþ çàñåë¸ííîñòü óðîâíåé[27]. Âî âòîðîì ñëó÷àå îáíàðóæèëè ëèíèè ìîëåêóëÿðíîãî âîäîðîäà H2, äåéòåðèäà âîäîðîäà HD, à òàêæå ìîëåêóëû îêñèäà óãëåðîäà ÑÎ, ïî èíòåíñèâíîñòè ñïåêòðà êîòîðîé êàê ðàç è èçìåðèëè òåìïåðàòóðó ðåëèêòîâîãî ôîíà, îíà ñ õîðîøåé òî÷íîñòüþ ñîâïàëà ñ îæèäàåìûì çíà÷åíèåì[28].

Ïî èðîíèè ñóäüáû ãëàâíîå ïðåèìóùåñòâî êâàçàðîâ -- ýòî èõ æå îñíîâíîé íåäîñòàòîê: íåâîçìîæíî îòäåëèòü ëèíèè àêêðåöèðóþùåãî ãàçà îò ëèíèé ìåæçâ¸çäíîãî âåùåñòâà ðîäèòåëüñêîé ãàëàêòèêè.

Îñîáåííîñòè íàáëþäåíèé ãàììà-âñïëåñêîâ

Ãàììà-âñïëåñêè -- óíèêàëüíîå ÿâëåíèå, è ê ñîæàëåíèþ îáùåïðèçíàííîãî ìíåíèÿ î åãî ïðèðîäå íå ñóùåñòâóåò. Îäíàêî ïîäàâëÿþùåå áîëüøèíñòâî ó÷¸íûõ ñîãëàøàåòñÿ ñ óòâåðæäåíèåì, ÷òî ïðàðîäèòåëåì ãàììà âñïëåñêà ÿâëÿþòñÿ îáúåêòû çâ¸çäíîé ìàññû[29].

Óíèêàëüíûå âîçìîæíîñòè ïðèìåíåíèÿ ãàììà-âñïëåñêîâ äëÿ èçó÷åíèÿ ñòðóêòóðû Âñåëåííîé ñîñòîÿò â ñëåäóþùåì[29]:

Òàê êàê ïðàðîäèòåëåì ãàììà-âñïëåñêà ÿâëÿåòñÿ îáúåêò çâ¸çäíîé ìàññû, òî è ïðîñëåäèòü ãàììà-âñïëåñêè ìîæíî íà áîëüøåå ðàññòîÿíèå, íåæåëè êâàçàðû, êàê ïî ïðè÷èíå áîëåå ðàííåãî ôîðìèðîâàíèÿ ñàìîãî ïðàðîäèòåëÿ, òàê è èç-çà ìàëîé ìàññû ÷¸ðíîé äûðû êâàçàðà, à çíà÷èò è ìåíüøåé åãî ñâåòèìîñòè íà òîò ïåðèîä âðåìåíè.

Ñïåêòð ãàììà-âñïëåñêà -- íåïðåðûâíûé, òî åñòü íå ñîäåðæèò ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé. Ýòî îçíà÷àåò, ÷òî ñàìûå äàë¸êèå ëèíèè ïîãëîùåíèÿ â ñïåêòðå ãàììà-âñïëåñêà -- ýòî ëèíèè ìåæçâ¸çäíîé ñðåäû ðîäèòåëüñêîé ãàëàêòèêè. Èç àíàëèçà ýòèõ ñïåêòðàëüíûõ ëèíèé ìîæíî ïîëó÷èòü èíôîðìàöèþ î òåìïåðàòóðå ìåæçâ¸çäíîé ñðåäû, å¸ ìåòàëëè÷íîñòè, ñòåïåíè èîíèçàöèè è êèíåìàòèêå.

Ãàììà-âñïëåñêè äàþò ÷óòü ëè íå èäåàëüíûé ñïîñîá èçó÷àòü ìåæãàëàêòè÷åñêóþ ñðåäó äî ýïîõè ðåèîíèçàöèè, òàê êàê èõ âëèÿíèå íà ìåæãàëàêòè÷åñêóþ ñðåäó íà 10 ïîðÿäêîâ ìåíüøå, íåæåëè êâàçàðîâ, èç-çà ìàëîãî âðåìåíè æèçíè èñòî÷íèêà.

Åñëè ïîñëåñâå÷åíèå ãàììà-âñïëåñêà â ðàäèîäèàïàçîíå äîñòàòî÷íî ñèëüíîå, òî ïî ëèíèè 21 ñì ìîæíî ñóäèòü î ñîñòîÿíèè ðàçëè÷íûõ ñòðóêòóð íåéòðàëüíîãî âîäîðîäà â ìåæãàëàêòè÷åñêîé ñðåäå âáëèçè îò ãàëàêòèêè-ïðàðîäèòåëÿ ãàììà-âñïëåñêà.

Äåòàëüíîå èçó÷åíèå ïðîöåññîâ ôîðìèðîâàíèÿ çâ¸çä íà ðàííèõ ýòàïàõ ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé ñ ïîìîùüþ ãàììà-âñïëåñêîâ ñèëüíî çàâèñèò îò âûáðàííîé ìîäåëè ïðèðîäû ÿâëåíèÿ, íî åñëè íàáðàòü äîñòàòî÷íóþ ñòàòèñòèêó è ïîñòðîèòü ðàñïðåäåëåíèÿ õàðàêòåðèñòèê ãàììà-âñïëåñêîâ â çàâèñèìîñòè îò êðàñíîãî ñìåùåíèÿ, òî, îñòàâàÿñü â ðàìêàõ äîâîëüíî îáùèõ ïîëîæåíèé, ìîæíî îöåíèòü òåìï çâ¸çäîîáðàçîâàíèÿ è ôóíêöèþ ìàññ ðîæäàþùèõñÿ çâ¸çä[29].

Åñëè ïðèíÿòü ïðåäïîëîæåíèå, ÷òî ãàììà-âñïëåñê -- ýòî âçðûâ ñâåðõíîâîé çâåçäû íàñåëåíèÿ III, òî ìîæíî èçó÷àòü èñòîðèþ îáîãàùåíèÿ Âñåëåííîé òÿæ¸ëûìè ìåòàëëàìè.

Òàêæå ãàììà-âñïëåñê ìîæåò ñëóæèòü óêàçàòåëåì íà î÷åíü ñëàáóþ êàðëèêîâóþ ãàëàêòèêó, êîòîðóþ òðóäíî îáíàðóæèòü ïðè «ìàññîâîì» íàáëþäåíèè íåáà.

Îñíîâíîé ïðîáëåìîé ãàììà-âñïëåñêîâ ÿâëÿåòñÿ èõ ñïîðàäè÷íîñòü è êðàòêîñòü âðåìåíè, êîãäà ïîñëåñâå÷åíèå âñïëåñêà ìîæíî íàáëþäàòü ñïåêòðîñêîïè÷åñêè.

Îñîáåííîñòè íàáëþäåíèé ðåëèêòîâîãî èçëó÷åíèÿ

Èíôîðìàöèÿ, êîòîðóþ âîçìîæíî ïîëó÷èòü íàáëþäàÿ ðåëèêòîâûé ôîí, êðàéíå ðàçíîîáðàçíà:

Ïðèìå÷àòåëåí ñàì ôàêò ñóùåñòâîâàíèÿ ðåëèêòîâîãî ôîíà. Åñëè Âñåëåííàÿ ñóùåñòâîâàëà âå÷íî, òî íåÿñíà ïðè÷èíà ñóùåñòâîâàíèÿ ðåëèêòîâîãî èçëó÷åíèÿ -- ìàññîâûõ èñòî÷íèêîâ, ñïîñîáíûõ ñîçäàòü òàêîé ôîí, ìû íå íàáëþäàåì. Îäíàêî åñëè âðåìÿ æèçíè Âñåëåííîé êîíå÷íî, òî î÷åâèäíî, ÷òî ïðè÷èíà åãî âîçíèêíîâåíèÿ êðîåòñÿ íà ïåðâûõ ýòàïàõ æèçíè Âñåëåííîé.

Çíàÿ ñîâðåìåííóþ òåìïåðàòóðó ôîíà, çàêîí åãî îñòûâàíèÿ, êîòîðûé ìîæíî îïðåäåëèòü, íàáëþäàÿ êâàçàðû (ñì. ñîîòâåòñòâóþùèé ðàçäåë), à òàêæå êîëè÷åñòâî áàðèîíîâ, ìîæíî ðàññ÷èòàòü ýíòðîïèþ Âñåëåííîé.

Ðàçëè÷íàÿ èíôîðìàöèÿ çàëîæåíà òàêæå è â îòêëîíåíèÿõ îò ÷åðíîòåëüíîãî èçëó÷åíèÿ. Åñëè îòêëîíåíèÿ ìàñøòàáíû è ñèñòåìàòè÷íû, òî íàáëþäàåòñÿ ýôôåêò Ñþíÿåâà -- Çåëüäîâè÷à, ìàëûå æå ôëóêòóàöèè îáóñëîâëåíû ôëóêòóàöèÿìè âåùåñòâà íà ðàííèõ ñòàäèÿõ ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé.

Îñîáî öåííóþ èíôîðìàöèþ î ïåðâûõ ñåêóíäàõ æèçíè Âñåëåííîé (â ÷àñòíîñòè, î ñòàäèè èíôëÿöèîííîãî ðàñøèðåíèÿ) íåñ¸ò ïîëÿðèçàöèÿ ðåëèêòîâîãî ôîíà.


Ïîäîáíûå äîêóìåíòû

  • Ñóùíîñòü ïîíÿòèÿ "Âñåëåííàÿ". Èçó÷åíèå èñòîðèè ðàçâèòèÿ êðóïíîìàñøòàáíîé ñòðóêòóðû Âñåëåííîé. Ìîäåëü ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé. Òåîðèÿ áîëüøîãî âçðûâà (ìîäåëü ãîðÿ÷åé Âñåëåííîé). Ïðè÷èíà ðàñøèðåíèÿ â ðàìêàõ ÎÒÎ. Òåîðèÿ ýâîëþöèè êðóïíîìàñøòàáíûõ ñòðóêòóð.

    êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà [19,8 K], äîáàâëåí 20.03.2011

  • Ó÷åíèå î Âñåëåííîé êàê î åäèíîì öåëîì. Îõâà÷åííàÿ àñòðîíîìè÷åñêèìè íàáëþäåíèÿìè îáëàñòü Âñåëåííîé (Ìåòàãàëàêòèêà). Ãèïîòåòè÷åñêîå ïðåäñòàâëåíèå î Âñåëåííîé. Âçãëÿäû ó÷åíûõ íà ìåõàíèçì ðàñøèðÿþùåéñÿ Âñåëåííîé. Ïðîöåññû ðîæäåíèÿ è ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé.

    ðåôåðàò [122,9 K], äîáàâëåí 24.09.2014

  • Èññëåäîâàíèå ñîâðåìåííûõ ïðåäñòàâëåíèé î ïðîöåññàõ è îñîáåííîñòÿõ ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé êàê âñåãî îêðóæàþùåãî íàñ ìàòåðèàëüíîãî ìèðà. Îáëèê, ýâîëþöèÿ è ìåõàíèêà Âñåëåííîé. Äåéñòâèå çàêîíîâ ñîõðàíåíèÿ è ñòðóêòóðíîå ìíîãîîáðàçèå áóäóùåãî ñòðîåíèÿ Âñåëåííîé.

    ðåôåðàò [14,9 K], äîáàâëåí 15.09.2011

  • Èçó÷åíèå ïèðîöåíòðè÷åñêîé, ãåîöåíòðè÷åñêîé è ãåëèîöåíòðè÷åñêîé ìîäåëåé Âñåëåííîé. Ñîâðåìåííûå èññëåäîâàíèÿ êîñìîëîãè÷åñêèõ ìîäåëåé. Íîáåëåâñêàÿ ïðåìèÿ çà îòêðûòèå óñêîðåííîãî ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé. Èçìåðåíèÿ ãðàâèòàöèîííîãî ïîëÿ â ñêîïëåíèÿõ ãàëàêòèê.

    êóðñîâàÿ ðàáîòà [3,7 M], äîáàâëåí 03.06.2014

  • Èñòîðèÿ ðàçâèòèÿ ïðåäñòàâëåíèé î Âñåëåííîé. Êîñìîëîãè÷åñêèå ìîäåëè ïðîèñõîæäåíèÿ Âñåëåííîé. Ãåëèîöåíòðè÷åñêàÿ ñèñòåìà Íèêîëàÿ Êîïåðíèêà. Ðîæäåíèå ñîâðåìåííîé êîñìîëîãèè. Ìîäåëè Áîëüøîãî âçðûâà è "ãîðÿ÷åé Âñåëåííîé". Ïðèíöèï íåîïðåäåëåííîñòè Ãåéçåíáåðãà.

    ðåôåðàò [359,2 K], äîáàâëåí 23.12.2014

  • Ìîäåëü Ôðèäìàíà, äâà âàðèàíòà ðàçâèòèÿ Âñåëåííîé. Ñòðîåíèå è ñîâðåìåííûå êîñìîëîãè÷åñêèå ìîäåëè Âñåëåííîé. Ñóùíîñòü ôèçè÷åñêèõ ïðîöåññîâ, èñòî÷íèêè, ñîçäàþùèå ñîâðåìåííûå ôèçè÷åñêèå çàêîíû. Îáîñíîâàíèå ðàñøèðåíèÿ Âñåëåííîé, ýòàïû êîñìè÷åñêîé ýâîëþöèè.

    êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà [43,4 K], äîáàâëåí 09.04.2010

  • Êîñìîëîãèÿ êàê íàóêà î Âñåëåííîé, ìåòîäèêà è çàêîíîìåðíîñòè èçó÷åíèÿ. Ñòðóêòóðà è ñîñòàâíûå ÷àñòè Âñåëåííîé, çàêîíû âçàèìîäåéñòâèÿ, ñóùåñòâóþùèå ìîäåëè. Òåîðèè ýâîëþöèè Âñåëåííîé, èõ îòëè÷èòåëüíûå îñîáåííîñòè è äîêàçàòåëüñòâà, ñîâðåìåííûå èññëåäîâàíèÿ.

    êîíòðîëüíàÿ ðàáîòà [28,5 K], äîáàâëåí 25.11.2010

  • Ãëàâíîå çâåíî â ýâîëþöèè Âñåëåííîé - æèçíü, ðàçóì. Ñàìîîðãàíèçàöèÿ ïðîñòðàíñòâà-âðåìåíè â ïðîöåññå ýâîëþöèè Âñåëåííîé. Ñëó÷àéíîñòü â íàó÷íîé êàðòèíå Âñåëåííîé. Ôèëîñîôñêî-ìèððîâîççðåí÷åñêèå ïðîáëåìû êîñìîëîãè÷åñêîé ýâîëþöèè.

    ðåôåðàò [61,9 K], äîáàâëåí 24.04.2007

  • Ïðîèñõîæäåíèå è ýâîëþöèÿ Âñåëåííîé, åå äàëüíåéøèå ïåðñïåêòèâû. Êðåàòèâíàÿ ðîëü ôèçè÷åñêîãî âàêóóìà. Ïàðàäîêñû ñòàöèîíàðíîé Âñåëåííîé. Îñíîâíûå ïîëîæåíèÿ òåîðèè îòíîñèòåëüíîñòè Ýéíøòåéíà. Ýòàïû ýâîëþöèè ãîðÿ÷åé Âñåëåííîé, íåîäíîçíà÷íîñòü äàííîãî ñöåíàðèÿ.

    êóðñîâàÿ ðàáîòà [62,6 K], äîáàâëåí 06.12.2010

  • Ïðåäñòàâëåíèÿ î Âñåëåííîé è åå ýâîëþöèè, î çàêîíàõ, óïðàâëÿþùèõ ýòîé ýâîëþöèåé. Âîïðîñ î âîçìîæíîñòè äîñòèæåíèÿ ðàâíîâåñíîãî ñîñòîÿíèÿ âî Âñåëåííîé, ÷òî ýêâèâàëåíòíî ïîíÿòèþ åå "òåïëîâîé ñìåðòè". Ïðèìåíåíèå âòîðîãî çàêîíà òåðìîäèíàìèêè êî Âñåëåííîé.

    ðåôåðàò [26,1 K], äîáàâëåí 06.06.2010

Ðàáîòû â àðõèâàõ êðàñèâî îôîðìëåíû ñîãëàñíî òðåáîâàíèÿì ÂÓÇîâ è ñîäåðæàò ðèñóíêè, äèàãðàììû, ôîðìóëû è ò.ä.
PPT, PPTX è PDF-ôàéëû ïðåäñòàâëåíû òîëüêî â àðõèâàõ.
Ðåêîìåíäóåì ñêà÷àòü ðàáîòó.