Rambler's Top100 Service
Поиск   
 
Обратите внимание!   Посетите Сервер по Физике Обратите внимание!
 
  Наука >> Физика >> Общие вопросы >> Справочники >> Физическая энциклопедия | Словарные статьи
 Написать комментарий  Добавить новое сообщение
 См. также

СообщениеФлуктуации реликтового излучения

НовостиФлуктуации реликтового излучения

Популярные статьиПроект Краткая Энциклопедия "Физика" (Вопросы и ответы): 2890

Популярные статьиРеликтовое излучение

Адиабатические флуктуации
3.08.2001 15:41 | Phys.Web.Ru
    

Адиабатические флуктуации в космологии - один из возможных типов малых нарушений однородности Вселенной, привлекаемых для объяснения происхождения ее наблюдаемой структуры: галактик, а также групп, скоплений и сверхскоплений галактик. Адиабатические флуктуации присутствуют, вероятно, уже на самых ранних стадиях эволюции Вселенной - вблизи космологической сингулярности (см. Сингулярность космологическая). Они представляют собой неоднородности плотности и потенциальные возмущения скорости вещества, которые нарушают однородное и изотропное расширение Вселенной и, нарастая под действием сил тяготения, приводят к образованию гравитационно обособленных космических тел. Адиабатические флуктуации сохраняют удельную энтропию строго неизменной по пространству - отсюда их название (см. Адиабатический процесс). Постоянство удельной энтропии является, согласно современным теориям (см. Барионная асимметрия Вселенной), одним из важнейших свойств ранней Вселенной.

В ходе эволюции Вселенной мелкомасштабные адиабатические флуктуации испытывают сильное затухание. В космологических моделях, в которых предполагается, что в настоящее время основной вклад в плотность вещества дают барионы, это затухание происходит на стадии ионизованного водорода и вызвано диссипативным взаимодействием водородно-гелиевой плазмы с фотонами, заполняющими Вселенную. Граничный масштаб адиабатических флуктуаций, испытывающий затухание, если определять его массой вовлеченных во флуктуацию барионов Md зависит от атомных констант и параметров рассматриваемой космологической модели (Хаббла постоянной H0 и безразмерной средней плотности Вселенной $\Omega_0$, см. Космология). Значение Md оценивается по аппроксимационной формуле
$M_d={\displaystyle 4\over\displaystyle 3}\pi\overline{\rho}_b k_d^{\displaystyle -3}$
где $k_d=2\pi/ \lambda_d$ - волновое число, соответствующее масштабу затухания в спектре адиабатических флуктуаций, $\overline{\rho}_b$ - средняя плотность барионов, $h=H_0/[100 км/(с\cdot Мпк)]$ - безразмерный параметр. Формула приближенно справедлива при 0,01< $\Omega_0 h^2$<1.

В моделях Вселенной, где по своему вкладу в массу доминируют слабовзаимодействующие частицы, обладающие массой покоя (например, электронное нейтрино с предполагаемой массой $m_\nu\sim$ 10-100 эВ и, возможно, нестабильное), затухание мелкомасштабных адиабатических флуктуаций вызвано эффектом перемешивания - аналог Ландау затухания - на стадии, когда слабовзаимодействующие частицы были релятивистскими. Граничный масштаб затухания $M_\nu\sim m_{Pl}(m_{Pl}/m_\nu)^2$ где $m_{Pl}\sim\sqrt{{\displaystyle c\hbar\over\displaystyle G}}$ - т. н. планковская масса. В случае электронных нейтрино $M_\nu\sim 10^{15}M_\odot$.

Информация об адиабатических флуктуациях, существовавших в эпоху рекомбинации водорода (при $z\sim 10^3$, где z - красное смещение), сохраняется в угловых флуктуациях температуры микроволнового фонового излучения $\Delta T/Т$. Поэтому данные наблюдений величины $\Delta T/Т$ позволяют оценить верхние пределы амплитуды адиабатических флуктуаций разных масштабов в эпоху рекомбинации. По-видимому, амплитуда адиабатических флуктуаций в масштабах $\sim M_\nu$ то время составляла $\sim$ 0,1%.

К моменту рекомбинации затухают мелкомасштабные адиабатические флуктуации и остаются флуктуации с массой >Мd (или $M_\nu$). После рекомбинации сохранившиеся крупномасштабные неоднородности плотности растут под действием гравитации, не испытывая противодействия со стороны сил упругости (давления), т к. Мd и $M_\nu$ существенно превышают критическую джинсовскую массу в эту эпоху (см. Гравитационная неустойчивость). Поэтому образование структуры на нелинейной стадии роста адиабатических флуктуаций начинается с концентрации слабовзаимодействующих частиц и барионов в сильно сплюснутые облака - т. н. блины (вероятно, при $z \approx 4$). "Блины", обладающие массами $\approx M_d$ (или $M_\nu$), являются предшественниками современных сверхскоплений галактик. В этой модели галактики образуются внутри "блинов" путем фрагментации их на части, которая вызвана сложными газодинамическими, тепловыми и гравитационными процессами. Наряду с образованием "блинов" теория предсказывает рождение на более поздней стадии эволюции волокнистых и компактных сгущений массы примерно того же масштаба, которые вместе с "блинами" образуют единую ячеисто-сетчатую крупномасштабную структуру Вселенной. Если основная масса Вселенной заключена в гипотетических слабовзаимодействующих частицах типа аксонов, фотино, гравитино, то теория предсказывает более сложную картину происхождения структуры Вселенной из адиабатических флуктуаций, в которой скопления и сверхскопления галактик образуются несколько позже самих галактик.

Написать комментарий
 Copyright © 2000-2015, РОО "Мир Науки и Культуры". ISSN 1684-9876 Rambler's Top100 Яндекс цитирования