Файл: Справочник (белкин).doc

Один из типов наиболее ярких активных галактических ядер называется квазаром. Это небольшой внегалактический объект, который для своего углового размера необычно ярок и имеет большое красное смещение. Объем центрального источника энергии в квазарах ограничен размерами порядка диаметра Солнечной системы. Это значит, что источником энергии может быть падение вещества на сверхмассивную черную дыру.

38. Наша галактика (Млечный путь) есть семейство звёзд, к которому принадлежат Солнце и Солнечная система, и которое наблюдается в ночном небе как Млечный Путь. Наша Галактика относится к спиральным, возможно, с не резко выраженной перемычкой. Количество звёзд составляет примерно 200 млрд. Она имеет дискообразную форму с почти сферическим балджем в центре. Диск достигает 100000 световых лет в поперечнике, но большая часть вещества сконцентрирована в тонком слое толщиной около 2000 световых лет, ближе к его внешним краям. Звёзды распределены в немного более толстом диске. Радиус центрального балджа достигает приблизительно 15000 световых лет. Солнце расположено внутри диска на расстоянии около 28000 световых лет от центра Галактики, вблизи внутреннего края одного из спиральных рукавов. Галактика в целом вращается, но не как жесткое тело, т. е. постоянно деформируется. Чтобы совершить один оборот, Солнцу требуется около 220 млн. лет, этот промежуток времени называется галактическим годом. Вокруг Галактики расположена редконаселенная область почти сферической формы с центром в ядре, радиус которой не менее 50000 световых лет. Она называется галактическим гало. Гало содержит шаровые скопления и самые старые звёзды Галактики.

39. Местная группа галактик, к которой принадлежит галактика Млечный путь, занимает объем пространства с радиусом около 3 млн. световых лет. Эта группа не имеет центрального уплотнения и состоит из двух подгрупп, сосредоточенных вокруг двух наиболее массивных ее членов: самой большой и наиболее массивной галактики – туманности Андромеды и нашей галактики – Млечного пути. Четыре небольших эллиптических галактики (NGC 221, 205, 185 и 147) и спиральная галактика М33 представляют собой спутники туманности Андромеды, а Магеллановы Облака и различные карликовые галактики – спутники нашей галактики.

40. Метагалактика – это вся наблюдаемая часть Вселенной, её размер ограничен расстоянием, которое мог пройти свет с момента Большого Взрыва. Размеры Метагалактики ограничены нашими возможностями наблюдений и в настоящее время приняты равными 10²⁶ м.

41. Горизонтом частиц называются пределы видимой Вселенной, определяемые временем с начала расширения Вселенной, за которое мог смог дойти до нас свет звёзд.

42. Космология – раздел астрономии, изучающий происхождение, свойства и эволюцию Вселенной. Физическая космология занимается наблюдениями, которые дают информацию о Вселенной в целом, а теоретическая космология – разработкой моделей, которые должны описывать наблюдаемые свойства Вселенной. На больших расстояниях преобладающей силой, воздействующей на вещество, является гравитация – именно она определяет крупномасштабную структуру Вселенной. Теоретическая космология обычно основывается на общей теории относительности. В основе современной космологии лежат представления об однородности и изотропности Вселенной. Это утверждение часто называют космологическим постулатом. На основании современных наблюдений данное утверждение справедливо на очень больших масштабах: 150–200 Мпс.

43. В гипотезе стационарной Вселенной предполагается, что Вселенная одинакова повсюду и в любое время для всех наблюдателей, такое предположение называется совершенным космологическим принципом. Наблюдаемое расширение Вселенной объясняется непрерывным образованием нового вещества, заполняющего пустоты, которые остаются после разбегания уже существующих галактик. Открытие в 1963 г. космического фонового излучения послужило для этой гипотезы камнем преткновения. Однако гипотеза стационарной Вселенной дала существенный толчок развитию теории ядерного синтеза в звёздах, поскольку без Большого Взрыва тяжелые элементы могли образовываться только во взрывающихся звёздах. Это положение теории, не связанное с выбором космологической модели, полностью осталось в силе.

44. Модель Большого взрыва предполагает, что Вселенная возникла в бесконечно плотном состоянии и с тех пор расширяется. Это событие произошло от 13 до 20 миллиардов лет назад и называется «Большим Взрывом». На начальном этапе своего развития в сингулярном состоянии Вселенная имела бесконечно малые размеры и была горячей, сверхплотной материей.Сегодня теория Большого Взрыва общепринята, так как она объясняет два наиболее значительных факта космологии: расширяющуюся Вселенную и существование космического фонового излучения. Современная модель Вселенной нестационарная, изотропная, горячая, расширяющаяся.

45. Расширение Вселенной обнаружено с помощью Доплеровского эффекта – изменения наблюдаемой частоты звука или электромагнитного излучения, когда источник волн и наблюдатель приближаются друг к другу или удаляются один от другого. Данный эффект наблюдается с астрономическими объектами, детали спектров которых смещаются в сторону более длинных или более коротких волн в соответствии с тем, удаляется источник света от Земли или приближается к ней.

Красное смещение – это увеличение длины волны электромагнитного излучения, вызванное доплеровским эффектом, когда источник излучения удаляется от наблюдателя, или присутствием гравитационного поля.

46. Закон Хаббла утверждает, что скорость v удаления внегалактического объекта пропорциональна расстоянию r до него:

где H – постоянная Хаббла.

47. Космическое фоновое излучение – диффузное электромагнитное излучение, которое, по-видимому, пронизывает всю Вселенную. Обнаружено А. Пензиасом и Р. Вильсоном в 1964 г. Предполагается, что оно является реликтовым излучением, оставшимся от самой начальной стадии существования Вселенной. Спектр фонового излучения характерен для абсолютно черного тела с температурой 2,73 K и имеет наибольшую интенсивность в микроволновом диапазоне. Измерения, проведенные зондом космического фона в 1992 г., после внесения поправок на возможные причины искажений исходных данных впервые показали, что распределение излучения по небу не является полностью равномерным. Были обнаружены похожие на рябь вариации величиной около десяти миллионных долей градуса. Они, как полагают, были первыми признаками начавшейся структуризации ранней Вселенной.

48. Современная космология рисует картину Вселенной вблизи сингулярности. В условиях очень высокой температуры вблизи сингулярности не могли существовать не только молекулы и атомы, но даже и атомные ядра; существовала лишь равновесная смесь разных элементарных частиц.

49. Уравнения современной космологии позволяют найти закон расширения однородной и изотропной Вселенной и описать изменение её физических параметров. Из этих уравнений следует, что изначально высокие плотность и температура быстро падали.

50. Основные стадии эволюции Вселенной начинаются с Планковской эпохи – условного промежутка времени до 10^-43 с. Более ранний период развития Вселенной не может быть описан существующими законами физики. Общие законы физики надежно проверены при ядерных плотностях, а такую плотность Вселенная имеет спустя 10^-4с от начала расширения. В теоретических моделях рассматривается более ранняя стадия.

51. Инфляционная стадия – самая начальная сверхплотная стадия расширения Вселенной, которая завершилась уже к моменту времени около 10^-36 с. На этой стадии, когда температура была больше 10²⁸ К, Вселенная расширялась с ускорением, а энергия в единице объема оставалась постоянной. Для квантов света Вселенная была непрозрачной. Энергии фотонов хватало для рождения пар всех известных частиц и античастиц. При температуре 10¹³ К во Вселенной рождались и аннигилировали пары различных частиц и их античастиц. При понижении температуры до 5·10¹² К почти все протоны и нейтроны аннигилировали, превратившись в кванты излучения; остались только те из них, для которых «не хватило» античастиц. Фотоны, энергия которых к этому времени стала меньше, уже не могли порождать частицы и античастицы. Наблюдения реликтового фона показали, что первоначальный избыток частиц по сравнению с античастицами составлял ничтожную долю (одну миллиардную) от их общего числа. Именно из этих «избыточных» протонов и нейтронов в основном состоит вещество современной наблюдаемой Вселенной. При температуре 2·10¹⁰ К с веществом перестали взаимодействовать нейтрино – от этого момента должен был остаться «реликтовый фон нейтрино», обнаружить который, возможно, удастся в будущем.

52. В эпоху нуклеосинтеза, продолжавшуюся примерно 3 минуты, образовались ядра дейтерия, гелия, лития и бериллия. Её результатом в основном стало образование ядер гелия. Остальные элементы, более тяжелые, чем гелий, составили ничтожно малую часть вещества. Определение химического состава (особенно содержание гелия, дейтерия и лития) самых старых звёзд и межзвёздной среды молодых галактик является одним из способов проверки выводов теории горячей Вселенной.

53. После эпохи нуклеосинтеза (около 3 мин.) и до эпохи рекомбинации (около 10⁶ лет) происходило спокойное расширение и остывание Вселенной. От рекомбинации до появления первых галактик и звёзд прошли сотни миллионов лет. Общая эволюция Вселенной представлена в таблице 2.2.

Таблица 2.2.

Космическая шкала времени

Космическое время	Событие
0	Большой взрыв
1 секунда	Рождение частиц
100 с – 10 часов	Образование ядер дейтерия, гелия, лития, бериллия
1 млн. лет	Образование атомов
1 – 2 млрд. лет	Начало образования галактик
3 млрд. лет	Образование скоплений галактик
4 млрд. лет	Сжатие нашей протогалактики
4,1 – 10 млрд. лет	Образование первых звезд
10,2 млрд. лет.	Протосолнечное облако
10,3 млрд. лет	Сжатие протосолнечного облака
10,4 млрд. лет	Образование планет
11,1 млрд. лет	Археозойская эра
12 млрд. лет	Зарождение микроорганизмов
13 млрд. лет	Протерозойская эра
14 млрд. лет	Палеозойская эра
14,55 млрд. лет	Растения на суше
14,6 млрд. лет	Рыбы
14,75 млрд. лет	Мезозойская эра, образование гор
14,8 млрд. лет	Рептилии
14,85 млрд. лет	Кайнозойская эра, динозавры
14,95 млрд. лет	Первые млекопитающие
15 млрд. лет	Человек