«ФИЗИКА НАШИХ ДНЕЙ 523 12 ГОРЯЧАЯ МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ /Г. В. Зельдович Минувший 1965 г. принес важнейшее открытие в астрономии. Измерения в области коротких и ультракоротких ...»

В заметке и препринтах Бакалла и Сальпетера (Astrophys. J. 142 (4), 1677 (1965)) рассматривается возможность обнаружения различных атомов и ионов в межгалактическом пространстве по поглощению. В недавней работе Р. А. Сюняева (Астрон. ж.

43 (5) (1966)) специально анализируется вопрос об обнаружении гелия, содержание которого должно составлять 30% от водорода.

Гелий заметно влияет и на тепловой баланс газа, что ранее качественно отметил Л. М. Озерной и исследовал Р. А. Сюняев.

Излучение горячего газа и взаимодействие его с квантами рассматривала Kaufman (Nature 207, 736 (1965)). Гораздо подробнее оно рассмотрено в работе R. Weyman'a, имеющейся в виде препринта. К моменту выхода данной статьи, вероятно, уже появятся в печати статьи Веймана в «Astrophysical Journal» и «Physics of Fluids».

В последней рассматривается излучение квантов и изменение их частоты при рассеянии на движущихся электронах. Последняя статья в значительной мере повторяет работу советского автора (видимо, не замеченную Вейманом) А. С. Компанейца «Об установлении равновесия между излучением и ионизованным газом» (ЖЭТФ 31, (1956), перевод: JETP 4, 730 (1957)).

*) Заметим, что в препринте Бэрбеджей и Линдса (Kitfc Peak Observatory, 1 марта 1966 г.) в спектре аналогичного объекта ЗС-191 отмечено лишь поглощение облаком (или оболочкой) газа около квазара. Авторы отмечают большую трудность наблюдений такого типа и ставят под сомнение упомянутые выше результаты.

На симпозиуме в Бюракане как авторы препринта, так и Оки убедительно доказывали, что для плотности нейтрального водорода можно дать лишь неравенство — она по крайней мере в 3—4 раза меньше, чем дают Ганн и Петерсен.

«ГОРЯЧАЯ» МОДЕЛЬ ВСЕЛЕННОЙ

Общий вывод Веймана сводится к тому, что ионизованный горячий газ не может заметно изменить спектр реликтового излучения в той области спектра, где реликтовое излучение превосходит излучение дискретных источников — звезд и радиогалактик.

Подчеркнем, что энергетические оценки исключают возможность существенного отличия температуры электронов от температуры реликтового излучения на ранней стадии, когда плотность последнего велика.

Реликтовые кванты должны взаимодействовать с быстрыми электронами космических лучей, замедляя их; за счет «обратного комптон-эффекта» при этом должны рождаться оптические и рентгеновские (в зависимости от энергии электронов) кванты.

А, И. Н и к и т о й (ЖЭТФ 41, 549 (1961)), П. Г. Г о л ь д е и и II. о рр и с о н (ЖЭТФ 45, 344 (1963)) рассматривали взаимодействие космических гаммалучей с фотонами с рождением нар + - е+ Л е~. Как показали I. V. 1 е 1 1 е у (Phys. Rev. Letts. 16, 479 (1966)), а также К. I. C o u l d, G. S с h r e d e r, Phys. Rev.

Letts. 16, 252 (1966),1 5реликтовое излучение весьма эффективно взаимодействует с квантами с энергией 10 —1U эе, уменьшая их пробег до 3000 парсек, что значительно меньше размера нашей Галактики. Наконец, в статье Грейзена «Конец спектра космических лучей» (К. G r e i s e n, Phys. Rev. Letts. 16, 748 (1966)) показано, что взаимодействие протонов с реликтовыми квантами круто обрывает спектр космических лучей при энергии 10 2 0 эв. Независимо, хотя и позже, подробные вычисления проделали Г. Зацепин и В. А. Кузьмин (см. статью «О верхней границе спектра космических лучей», письма ЖЭТФ4(3), 114(1966)).

9. НЕУСТОЙЧИВОСТЬ И РАЗВИТИЕ ФЛУКТУАЦИИ

Но общей концепции неустойчивости однородного распределения вещества в расширяющейся Вселенной отсылаем читателя к работам: J. J e a n s, Astronomy and Cosmology, Cambridge I'niv. Press, London and New York, 1929, стр. 345; Phil.

Trans. Roy. Soc. A199. 1 (1929); E. M. Л ш и ц, ЖЭТФ 16, 587 (1946); В о и и о г, Month. Not. 117, 104 (1957): Я. Б. 3 е л ь д о в и ч, Вопросы космогонии 9, 240 (1965);

Ad\ances Astron. and Astrophys. 3, 241 (1965).

Эта общая концепция заключается в том, что в зависимости от масштаба возмущения (его длины волны X или охваченной им массы М) либо преобладает упругость вещества, выравнивающая при I c lD, MD возмущение плотности, либо преобладает сила тяготения, усиливающая возмущение при I /, Я Я д. Критические размер и масса /д, Мд называются «джинсовскими».

В горячей модели важнейшую роль играет давление излучения. С учетом той зависимости температуры и плотности от времени, которая вытекает из механики расширения, можно составить диаграмму рис. 6, на которой дана зависимость MD от времени. К этой диаграмме нужны комментарии.

Под «массой» ниже всегда подразумевается масса барионов и электронов в данном объеме, т. е. величина, сохраняющаяся несмотря на изменение энергии квантов или их уход из рассматриваемой области пространства, содержащей данные барионы. При 29 составлении диаграммы принято для сегодняшнего состояния То ~ 3°, 0 = 10~ г/см.

Линия М2 — t /2 соответствует сжатию «вещества» вместе с излучением; возникающий при этом яеренад давлений максимален. В уравнениях движения учитывается вес излучения. Критическая масса М2 растет, достигая K ^ W Q при t = t* ~ 10** сек, = К)- г/см~, и после этого остается постоянной.

Продолжать эту линию дальше, за / 10 сек, не следует, так как в ходе расширения достигается температура ниже 3500°, происходит рекомбинация водорода, нейтральные атоиы не взаимодействуют с излучением. Поэтому сплошная линия продолжена так, что область устойчивости (с учетом излучения) оказывается замкнутой. Существует другой тип возмущений, при котором в пространстве неоднородна плотность «вещества», тогда как плотность излучения остается постоянной. Такие возмущения можно 3 назвать изотермическими, а еще лучше назвать их энтропийными, так как S ~ Т /дт и при переменном ^ переменна также S. Росту возмущений противодействует только градиент газового давления рт — ЯТдт, которое гораздо меньше давления излучения*).

Соответственно гораздо меньше и критическая джинсовская масса Ми которая не зависит от времени при 10 14 с е в 2 1 0 б сек.

Однако пока вещество понизовано и плотность излучения велика, возмущения энтропийного типа с Mt хотя и растут, но чрезвычайно медленно: ведь для роста возмущений нужен процесс движения вещества относительно квантов, взаимодействие с квантами затрудняет его.

Практически можно считать такие возмущения замороженными. Это отмечают P. J.. е е Ь 1 e a (Astron. J. 142 (4), 1317 (1965)) и Л.. О з е р н о й (Труды симпозиума «Переменные звезды и звездная эволюция», Москва, 1966, Диссертация, ГАИШ, 1966). Быстрый рост происходит после г*=Ю 1 4 сек.

Полная картина развития неоднородностей, рождения галактик и т. п. находится сейчас в процессе становления. Диаграмма рис. 6 чрезвычайно важна для этой картины. На диаграмме надо еще отметить увеличение М& после нового нагрева и ионизации водорода (выше t~i О14 сек волнистая линия), Отаечу в этой связи работы Л. М. О з е р н о г о (Труды указанного симпозиума) и А. Д. Д о р о ш к е в и ч а, И. Д. Н о в и к о в а, Я. Б. З е л ь д о в и ч а (Астрон. ж. 43 (4) (1966)).

Однако наряду с вопросом об областях неустойчивости нужны предположения о начальных амплитудах возмущений разных типов и разных длин волн. Цитированные выше работы можно назвать феноменологическими: в них более или менее правдоподобные функции амплитуд выбираются из сопоставления с опытом.

Первая попытка дать теорию начальных амплитуд на основе «первых принципов» принадлежит А. Д. Сахарову (ЗКЭТФ 49, 345 (1965)). Работа относится к холодной модели и вряд ли правильна буквально, но метод подхода, возможно, будет иметь значение и впредь.

До сих пор нет реальных попыток рассмотрения перехода Вселенной через особенность. Об отмеченных в основном тексте трудностях, связанных с предположением о раннем образовании больших возмущений (тел, находящихся под своим гравитационным радиусом), см. статью З е л ь д о в и ч а и Н о в н к о в а в Астрон. ж. 43 (4),1966).

*) Общая классификация адиабатических и изотермических возмущений восходит, по-видимому, к А. И. Л е б е д и н с к о м у (Вопросы космогонии 2, 5 (1954)) и Л. Э. Г у р е в и ч у (Вопросы космогонии 3, 94 (1954)). Соображения о различной (3), 447 (1965)).