Общая астрономия. Первичные возмущения и реликтовый фон

Изучив особенности поведения обоих типов слабых возмущений в ранней Вселенной — адиабатических и энтропийных,— следует поставить вопрос: из чего же в действительности складывалась дозвездная, догалактическая структура? Были ли ее элементами адиабатические пли энтропийные возмущения или, может быть, какая-то их комбинация? На этот вопрос невозможно ответить, исходя только из теоретических соображений. Теория допускает в принципе самые разнообразные варианты космогонических схем, и выбор между ними может быть сделан лишь на основании наблюдательных астрономических критериев. В этом отношении очень важны наблюдательные данные о реликтовом излучении. Реликтовое излучение «оторвалось» от вещества в эпоху рекомбинации, и потому оно несет к нам картину Вселенной, какой она была в конце первого миллиона лет от начала расширения. Регистрируя реликтовые фотоны, мы «фотографируем» раннюю Вселенную. Можно надеяться увидеть на такой «фотографии» сгущения и разрежения, собственные движения вещества, существовавшие в ту эпоху и давшие затем начало наблюдаемым космическим структурам.

Чтобы увидеть это, нужно исследовать распределение по небу интенсивности реликтового излучения. На эту возможность обратил внимание Дж. Силк в 1968 г. Реликтовое излучение удивительно однородно и изотропно — оно приходит к нам равномерно по всем направлениям. И все же какие-то нерегулярности, вариации обязательно должны иметься; ведь излучение было когда-то прочно связано с веществом, и неравномерности в распределении и движении вещества обязательно оставляли следы в излучении. В адиабатических возмущениях вещество и излучение участвовали совместно; поэтому естественно ожидать, что адиабатические возмущения оставили следы в излучении в виде хотя бы слабых вариаций его яркости от одного места к другому или, что то же, от одного направления на небе к другому. Можно подсчитать, что возмущения масштаба скоплений галактик создают различия интенсивности фона в направлениях, различающихся по углу па несколько минут дуги. Поиски «отпечатков» догалактических возмущений в реликтовом излучении пока не дали результатов: реликтовый фон предстает перед нами полностью бесструктурным. Наивысшая чувствительность в наблюдениях реликтового излучения достигнута в 1977—1980 гг. на советском радиотелескопе РАТАН-600 (Радиотелескоп Академии наук СССР диаметром 600 м). Как сообщают Ю. Н. Парийский и его сотрудники, если какие-то угловые вариации в интенсивности реликтового фона вообще имеются, они не превышают сотых или даже тысячных долей процента. Нужно сказать, что ранее теоретики, исходя из представлений об адиабатических возмущениях, предсказывали для угловых масштабов в несколько минут вариации такой величины (десятые доли процента), что они были бы замечены сейчас на РАТАНе.

Отрицательный результат наблюдений не означает полного отсутствия угловых вариаций в реликтовом фоне; чувствительность инструмента устанавливает верхний предел их величины. Чем точнее наблюдения, тем жестче, а, следовательно, информативнее такой предел. И теория тем самым не зачеркивается, а получает скорее новый импульс к развитию. Оказалось, что жесткому наблюдательному пределу могла бы удовлетворить теоретическая схема, в которой догалактическая структура строится не из адиабатических, а из энтропийных возмущений. В отличие от адиабатических возмущений, возмущения этого типа затрагивают в ранней Вселенной только плазму, а излучение остается однородным. Этим и определяется относительная слабость и незаметность следов, которые они способны оставить в реликтовом фоне. Можно сказать, что наблюдения реликтового фона свидетельствуют в пользу энтропийных возмущений как строительных элементов дозвездной, догалактической структуры Вселенной. И все же вопрос о типе первоначальных возмущений нельзя считать окончательно решенным. Дело в том, что теоретическая оценка ожидаемого уровня вариаций реликтового фона существенно зависит от того, имеют ли нейтрино массу покоя. Такая связь монаду космологией и физикой элементарных частиц не должна казаться слишком странной. Нейтрино существуют во Вселенной почти в том же количестве, что и фотоны, причем подавляющая их доля имеет, как и в случае фотонов, реликтовое, космологическое происхождение. Если масса покоя нейтрино отлична от нуля, хотя бы она была и в тысячи раз меньше, чем масса электрона, космические нейтрино дают основной вклад в плотность Вселенной и тем самым определяют поля тяготения — в масштабе мира в целом и в масштабе скоплений галактик. При таких условиях эволюция адиабатических возмущений масштаба скоплений галактик сопровождается лишь очень слабыми вариациями реликтового фона, не нарушающими наблюдательного предела, полученного на РАТАН-600.

Авторство, источник и публикация:
1. Подготовлено проектом 'Астрогалактика'
2. Публикация проекта 02.12.2006

Главная страница раздела