Космологическая модель: двойной Большой взрыв. (с. 2)
VLS: Очень крупномасштабная структура Вселенной.
...Как показано в наших работах, совместная эволюция двух вселенных не является идентичной. Призрачная вселенная имеет более высокую плотность массы r* и более высокую температуру T*. Мы решили изучить совместные гравитационные неустойчивости в такой смеси, где, напомним:
-
m притягивает m (закон Ньютона)
-
m* притягивает m* (закон Ньютона)
-
m и m* отталкиваются друг от друга («анти-ньютоновский» закон).
Несколько слов о гравитационной неустойчивости (неустойчивость Джинса).
...Рассмотрим единственную популяцию, набор масс m. Эта среда имеет плотность массы r. Она также обладает (средней) тепловой скоростью Vth.
...Предположим, что где-то существует область пространства с характерным размером f, где плотность выше. См. рисунок (147).
(147)
...Тепловая скорость стремится рассеять эту концентрацию массы, и соответствующее характерное время дисперсии равно:
(148)
...Представим теперь, что эта тепловая скорость равна нулю. Этот сгусток стремится схлопнуться. Можно вычислить характерное время коллапса:
(149)
...С другой стороны, любой сгусток стремится притягивать окружающую материю и расти. Это возмущение будет расти, если характерное время аккреции (характерное время коллапса) меньше времени дисперсии:
(150)
Мы получаем характерную длину:
(150-a)
называемую длиной Джинса.
...Любая концентрация массы с размером, превышающим эту характерную длину Джинса, будет расти и формировать сгустки. Более мелкие концентрации рассеются.
...Когда формируется сгусток материи, последний нагревается, что увеличивает силу внутреннего давления. В конечном итоге внутреннее давление останавливает процесс.
...Можно было бы подумать, что гравитационная неустойчивость, неустойчивость Джинса, формирует галактики, звезды и так далее. Но всё не так просто. Например, в Стандартной модели, когда t < 500 000 лет, температура смеси материи и излучения выше 3000°K. Тогда материя (75 % водорода, 25 % гелия) полностью ионизирована.
...Излучение, электромагнитные волны, с большим трудом проходят через ионизированные газы. Когда астронавт находится в процессе входа в атмосферу, его космический корабль в течение нескольких минут окружен горячим, полностью ионизированным газом. Тогда радиосвязь невозможна, так как электромагнитные волны не могут пройти через оболочку ионизированного газа, окружающую его корабль.
...Луч света — это электромагнитная волна. Он действует на свободные электроны, а не на связанные электроны. Ионизированный газ содержит много свободных электронов. Нейтральный газ — ни одного. Вот почему, когда Вселенная горячая и ионизированная, излучение и материя сильно связаны.
...В материи абсолютная температура Tm является мерой тепловой скорости:
(150-b)
где k — постоянная Больцмана (k = 1,38 × 10⁻²³).
Когда:
-
Материя и излучение тесно связаны
-
Излучение доминирует (Стандартная модель, t < 500 000 лет)
тогда:
(150c)
но:
(150d)
Длина Джинса подчиняется соотношению:
(150-e)
...Последнее соответствует требованию сохранения массы в процессе расширения R(t). Мы видим, что длина Джинса изменяется пропорционально R(t). Таким образом, чем моложе Вселенная, тем меньше размер сгустков, которые стремятся сформироваться.
...Когда t < 500 000 лет, излучение препятствует формированию сгустков. Но сразу после развязки могут сформироваться сгустки материи. Вычислим их массу. Она равна:
(150-f)
...то есть: 100 000 солнечных масс (типичная масса шарового скопления).
...Согласно этой схеме, шаровые скопления должны были сформироваться первыми, сразу после развязки. Галактики, рассматриваемые как наборы таких скоплений, должны были появиться позже, и так далее....
...Но всё это происходит в быстро расширяющейся Вселенной. Мы не знаем, как вычислить и описать гравитационную неустойчивость в расширяющейся Вселенной. Более того, мы не знаем, как определить закон Ньютона в расширяющейся Вселенной.
...В заключение отметим, что существует несколько схем рождения галактик. Некоторые считают, что сначала формируются звезды, а затем галактики. Другие придерживаются обратного мнения...
...Следуя этой общей идее иерархической структуры, предполагалось, что если галактики организованы в скопления галактик (Волосы Вероники, Дева), то в еще больших масштабах эти скопления должны принадлежать некоторым сверхскоплениям. Но наблюдения (1977) выявили совершенно иную структуру. См. рисунок (151):
(151)
...Галактики располагались вокруг больших пустот (типичным размером 100 световых лет). В очень крупном масштабе (VLS) Вселенная выглядит как совокупность мыльных пузырей. Скопления галактик соответствуют точкам пересечения трех «складок». См. рисунок (152).
...Сегодня такие структуры всё ещё трудно объяснить. Следуя первоначальной идее русского ученого Зельдовича, Меллотт выполнил трехмерные численные моделирования. Однако полученные ячейки были неустойчивы во времени. Они быстро исчезали, если только не стабилизировать систему с помощью произвольно выбранного распределения холодной темной материи.
...Модель, в которой материя отталкивает призрачную материю, дает альтернативную интерпретацию этого явления. См. нашу статью:
J.P. Petit, P. Midy и F. Landsheat: Материя, призрачная материя, астрофизика. 5: Результаты двумерных численных моделирований. VLS. О возможной схеме формирования галактик. Geometrical Physics A, 8, 1998.
