a202 우주론적 모델: 이중 대폭발 (p.2)
VLS: 우주의 매우 큰 구조.
...우리의 연구에 따르면, 두 우주의 공동 진화는 동일하지 않습니다. 유령 우주는 더 높은 질량 밀도 r와 더 높은 온도 T를 가집니다. 우리는 이러한 혼합물에서 공동 중력 불안정성을 연구하기로 했습니다. 다시 말해:
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m은 m을 끌어당깁니다(뉴턴의 법칙)
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m는 m을 끌어당깁니다(뉴턴의 법칙)
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m과 m*는 서로 밀어냅니다(「역 뉴턴의 법칙」).
중력 불안정성(제인스 불안정성)에 대해 조금 더 설명합니다.
...단일 인구, 즉 질량 m의 집합을 고려해 봅시다. 이 매체는 질량 밀도 r를 가지고 있습니다. 또한 평균 열 속도 Vth를 가지고 있습니다.
...우주 공간 내에서 특정 규모 f를 가진 영역이 존재한다고 가정해 봅시다. 이 영역에서는 밀도가 더 높습니다. 그림 (147)을 참조하십시오.
(147)
...열 속도는 이 질량 집중을 흩어뜨리려고 하며, 이에 해당하는 분산 시간은 다음과 같습니다:
(148)
...이제 이 열 속도가 0이라고 상상해 봅시다. 이 덩어리는 붕괴하려고 합니다. 붕괴 시간을 계산할 수 있습니다:
(149)
...또한, 어떤 덩어리든 주변 물질을 끌어당기고 성장하려고 합니다. 만약 축적 시간(붕괴 시간)이 분산 시간보다 짧다면 이 불안정성이 커질 것입니다:
(150)
...우리는 특성적인 길이를 얻습니다:
(150-a)
...이를 제인스 길이라고 부릅니다.
...이 특성적인 제인스 길이보다 더 큰 범위를 가진 질량 집중은 성장하여 덩어리가 되고, 더 작은 것은 흩어집니다.
...물질 덩어리가 형성되면, 이는 가열되어 내부 압력이 증가합니다. 결국 내부 압력이 이 과정을 멈춥니다.
...중력 불안정성, 즉 제인스 불안정성이 은하, 별 등을 형성한다고 생각할 수 있습니다. 하지만 이는 그렇게 간단하지 않습니다. 예를 들어 표준 모델에서는 t < 500,000년일 때, 물질과 복사의 혼합 온도가 3000°K보다 높습니다. 이때 물질(수소 75%, 헬륨 25%)은 완전히 이온화되어 있습니다.
...복사, 즉 전자기파는 이온화된 가스를 통과하기 어렵습니다. 우주비행사가 대기 재진입 단계에 있을 때, 그의 우주선은 수 분간 완전히 이온화된 고온 가스에 둘러싸여 있습니다. 이로 인해 전자기파는 우주선 주변의 이온화된 가스층을 통과할 수 없어 무선 통신이 불가능합니다.
...광선은 전자기파입니다. 자유전자에 작용하지만, 결합된 전자에는 작용하지 않습니다. 이온화된 가스는 많은 자유전자를 포함하고 있고, 중성 가스는 그렇지 않습니다. 그래서 우주가 따뜻하고 이온화되어 있을 때, 복사와 물질은 강하게 결합되어 있습니다.
...물질에서 절대 온도 Tm은 열 속도의 측정치입니다:
(150-b)
...여기서 k는 볼츠만 상수(k = 1.38 × 10⁻²³)입니다.
...다음 조건이 성립할 때:
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물질과 복사가 강하게 결합되어 있음
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복사가 주도적(표준 모델에서 t < 500,000년)
그러면:
(150-c)
그러나:
(150-d)
제인스 길이는 다음과 같이 따릅니다:
(150-e)
...이 마지막은 확장 과정 R(t) 중 질량 보존 조건에 해당합니다. 우리는 제인스 길이가 R(t)와 비례함을 알 수 있습니다. 따라서 우주가 젊을수록 형성될 수 있는 덩어리의 크기가 작습니다.
...t < 500,000년일 때, 복사는 덩어리 형성을 방해합니다. 하지만 즉시 분리 후에는 물질 덩어리가 형성될 수 있습니다. 이 덩어리의 질량을 계산해 봅시다. 그것은 다음과 같습니다:
(150-f)
...즉, 100,000개의 태양 질량(구상 성단의 일반적인 질량)입니다.
...이와 같은 모델에 따르면, 구상 성단은 분리 직후에 형성되고, 은하(이러한 성단의 집합)는 이후에 나타나고, 그 다음은 더 큰 구조로 이어집니다...
...그러나 이 모든 것은 빠르게 팽창하는 우주에서 일어납니다. 우리는 이를 계산하거나, 팽창하는 우주에서 중력 불안정성을 설명하는 방법을 모릅니다. 또한, 팽창하는 우주에서 뉴턴의 법칙을 어떻게 정의할지 모릅니다.
...결론적으로, 은하의 탄생에 여러 가지 모델이 있습니다. 일부는 별이 먼저 형성되고, 그 후 은하가 형성된다고 생각합니다. 다른 이들은 반대로 생각합니다...
...이 계층 구조의 일반적인 아이디어에 따라, 은하가 은하단(코마, 목성)으로 조직되어 있다면, 더 큰 규모에서는 이러한 은하단이 어떤 슈퍼 은하단에 속해야 한다고 생각했습니다. 하지만 관측(1977년)은 완전히 다른 구조를 드러냈습니다. 그림 (151)을 참조하십시오:
(151)
...은하는 대규모 공허(보통 100광년의 직경) 주변에 배열되어 있습니다. 매우 큰 규모(VLS)에서 우주는 서로 연결된 비누방울처럼 보입니다. 은하단은 세 개의 「접힘」의 교차점에 해당합니다. 그림 (152)을 참조하십시오.
...오늘날에도 이러한 구조를 설명하는 것은 여전히 어렵습니다. 러시아의 제르도비치(Zel'dovitch)의 초기 아이디어에 따라, 멜롯(Mellot)은 3차원 수치 시뮬레이션을 수행했습니다. 하지만 얻은 세포는 시간이 지남에 따라 안정되지 않았습니다. 만약 인공적인 냉각 암흑물질 분포를 통해 시스템을 안정화하지 않는 한, 빠르게 사라졌습니다.
...물질-반발 유령물질 모델은 이 현상을 대체적으로 설명합니다. 우리의 논문을 참조하십시오:
J.P. Petit, P. Midy 및 F. Landsheat: 물질-유령물질 천체물리학. 5: 2차원 수치 시뮬레이션 결과. VLS. 은하 형성에 대한 가능한 모델에 관하여. 물리기하학 A, 8, 1998.