2
Velká škála vesmíru.
Pokud druhý vesmír je svou expanzí bráněn naším, zpomaleným, jeho hustota
r
- se udržuje na vyšší hodnotě, stejně jako jeho teplota. Rozhodneme se pak studovat gravitační nestabilitu v systému tvořeném dvěma populacemi, které jsou navzájem samo-přitahující, ale zároveň se navzájem odpuzují.
Podle teorie je tou nejhustší, která reaguje nejrychleji a nejvýrazněji. Ta vytvoří gravitační nestabilitou shluky tzv. „ghost matter“.
Co je gravitační nestabilita, poprvé studovaná Sir James Jeans, již zmíněným?
Uvažujme prostředí s hustotou r a jeho částice pohybující se rychlostí tepelného pohybu Vth. Cílem je zkoumat růst nebo zánik možných poruch hustoty. Předpokládejme, že někde vznikla přehustota o průměru
f
.
Tepelný pohyb má tendenci přirozeně tuto poruchu rozptýlit. Za jak dlouho? Za čas řádově
To je čas, který trvá atomu, aby urazil vzdálenost
f,
takže to je i čas, za který se tento shluk zvětší na dvojnásobný průměr.
Představme si, že tepelný pohyb je nulový. Atomy se navzájem přitahují. Tento shluk bude mít tendenci padat na sebe. Čas potřebný k jeho smrštění lze vypočítat. Ve skutečnosti „prachové oblak“, které implozuje na sebe, připomíná Velký třesk, ale obráceně:
Porovnáme tyto dva časy.
Dojde ke kondenzaci poruchy, pokud je čas akumulace menší než čas vlastní disperze pod vlivem tepelného pohybu.
Poruchy s průměrem větším než charakteristická délka, tzv. Jeansova délka Lj, se zvětší a vytvoří kondenzáty, shluky hmoty (clumps).
Když se tento „shluk“ hmoty vytvoří, hmotu stlačíme, zahřejeme. Tlakové síly rostou a nakonec proces zastaví.
Tento jev se nazývá
gravitační nestabilita
nebo
Jeansova nestabilita.
Pokud jde o standardní model, můžeme si říct:
- Skvělé. Po Velkém třesku se vesmír rozšiřuje a ochlazuje, a využitím gravitační nestability mohu vypracovat scénář vzniku galaxií a hvězd.
Kdyby to bylo tak jednoduché, už by to bylo hotové. Ve skutečnosti nemáme žádný model vzniku galaxií. Někteří věří, že nejprve vznikly hvězdné skupiny, pak galaxie a nakonec hvězdy. Jiní mají opačný názor.
Kromě toho se vše odehrává v rozšiřujícím se vesmíru, který je stále velmi aktivní. Detekce galaxií s velkým rudým posuvem ukazuje, že jde o velmi staré objekty (potvrzeno věkem nejstarších hvězd ve galaxii). Teoreticky toto nemůžeme zatím správně popsat.
Ale víme dvě věci:
1: Tato gravitační nestabilita nemůže plnit svou roli, dokud není plyn hmoty silně vázán na „fotonový plyn“, dokud zůstává vesmír ionizovaný. Fotonu totiž interagují silněji s volnými elektrony (odtrženými od atomů), než s elektrony obíhající kolem jader.
Fotony tvoří „plyn“. Během expanze se tento plyn rozšiřuje, stejně jako hmota, a má vlastní tlak, tzv.
radiace tlaku.
Když je hmota a fotony silně vázané, když hmotný plyn s tendencí ke smrštění se začne zmenšovat, táhne za sebou i fotonový plyn.
- Ale fotony se pohybují rychlostí světla! Jak může konečná hmota „uvěznit“ fotony?
Uvěznit, rozumíme. V této hmotné hmotě jsou fotony neustále absorbovány a znovu vysílány. Rychlost absorpce a emise je tak velká, že fotony mají velké potíže s opuštěním hmotného oblaku. V tomto smyslu jsou uvězněny (stejně jako fotony v jádře Slunce, které se pomalu a těžce dostávají k povrchu).
Když je vesmír mladší než 500 000 let, není jen záření uvězněno ve výbojových hmotných oblacích, které měly tendenci vytvářet shluky, ale tlak radiace je stále příliš vysoký, aby dovolil kondenzaci.
Závěr: Homogenita vesmíru nebo téměř homogenita až do t = 500 000 let podle standardního modelu. Pokud se něco děje, pak až poté.
2: Existují hvězdy seskupené v galaxiích, které samy tvoří velkou strukturu. Některé galaxie se seskupují do skupin (skupina Coma, skupina Virgo) s tisíci jednotlivců. Na začátku se věřilo, že toto bude pokračovat na vyšší úrovni a byla navržena existence superskupin, tj. skupin skupin.
Pozorování odhalilo něco zcela jiného. Ve skutečnosti se galaxie rozdělují tak, že vytvářejí něco, co bychom mohli nazvat „saponifikované bubliny“. Skupiny galaxií jsou pouze „uzly“ takového uspořádání. Níže je výsledek zpracování pozorování (1977).
Takže galaxie se rozložily na velké škály (velmi velká struktura) kolem velkých prázdnot, jejichž charakteristický průměr je řádově stovky milionů světelných let.
Další přístup: Výzkumníci se pokusili rekonstruovat takové struktury z rovnoměrného rozložení hmoty (samozřejmě v jediném vesmíru). Původní teorie byla o růstu rovinných poruch, „plošek“ („pancakes“ Zel’doviča). Výsledky však byly zklamavé. Počítačové simulace skutečně vytvořily několik buněk, ale ty se rychle rozptýlily kvůli tepelnému pohybu. V současnosti neexistuje žádná přesvědčivá teorie vzniku takových struktur. Nejvíc se podařilo zajistit jejich relativní trvanlivost „zpevněním“ pomocí „chladné tmavé hmoty“.
Existuje geometrický způsob interpretace tohoto rozložení bodových hmot: běžná hmota je odstřelena od shluků „fantomové hmoty“, což je znázorněno již dříve výše.
Uvažujme plochu, která by odpovídala plátnu napnutéme na kůly stanu s zaoblenými špičkami. Poznamenejme, že čím více jsou špičky koulí, tím větší bude „fantomový“ shluk hmoty. Naopak, pokud jsou kůly ostré, bude shluk menší. V limitě nekonečně ostrých koulí odpovídají oblasti s koncentrovanou pozitivní křivostí: body s pozitivní křivostí.
Zde představíme jiný model, který bude odpovídat následující sekci.
Předchozí stránka
Následující stránka
Obsah tohoto souboru
Obsah vědy
Zpět k Novinkám
Počet návštěv této stránky od 13. června 2005