адиабатические флуктуации

АДИАБАТИЧЕСКИЕ ФЛУКТУАЦИИ в космологии - один из возможных типов малых нарушений однородности Вселенной, привлекаемых для объяснения происхождения её наблюдаемой структуры: галактик, а также групп, скоплений и сверхскоплений галактик. А. ф. присутствуют, вероятно, уже на самых ранних стадиях эволюции Вселенной - вблизи космологич. сингулярности (см. Сингулярность космологическая). Они представляют собой неоднородности плотности и потенц. возмущения скорости в-ва, к-рые нарушают однородное и изотропное расширение Вселенной и, нарастая под действием сил тяготения, приводят к образованию гравитационно обособленных космич. тел. А. ф. сохраняют уд. энтропию строго неизменной по пространству - отсюда их название (см. Адиабатический процесс ).Постоянство уд. энтропии является, согласно совр. теориям (см. Барионная асимметрия Вселенной), одним из важнейших свойств ранней Вселенной.

В ходе эволюции Вселенной мелкомасштабные А. ф. испытывают сильное затухание. В космологических моделях, в к-рых предполагается, что в настоящее время осн. вклад в плотность вещества дают барионы, это затухание происходит на стадии ионизованного водорода и вызвано диссипативным взаимодействием водородно-гелиевой плазмы с фотонами, заполняющими Вселенную. Граничный масштаб А. ф., испытывающий затухание, если определять его массой вовлечённых во флуктуацию барионов , зависит от атомных констант и параметров рассматриваемой кос-мологич. модели (Хаббла постоянной и безразмерной ср. плотности Вселенной , см. Космология ).Значение оценивается по аппроксимационной ф-ле

,

где - волновое число ,соответствующее масштабу затухания в спектре А. ф., - ср. плотность барионов, h=H₀/[100 км/(с*Мпк)] - безразмерный параметр. Ф-ла приближённо справедлива при 0,01<<1.

В моделях Вселенной, где по своему вкладу в массу доминируют слабовзаимодействующие частицы, обладающие массой покоя (напр., электронное нейтрино с предполагаемой массой 10-100 эВ и, возможно, нестабильное), затухание мелкомасштабных А. ф. вызвано эффектом перемешивания - аналог Ландау затухания - на стадии, когда слабовзаимодействующие частицы были релятивистскими. Граничный масштаб затухания , где - т. н. планковская масса. В случае электронных нейтрино .

Информация об А. ф., существовавших в эпоху рекомбинации водорода (при z 10³, где z - красное смещение ),сохраняется в угл. флуктуациях темп-ры микроволнового фонового излучения . Поэтому данные наблюдений величины позволяют оценить верхние пределы амплитуды А. ф. разных масштабов в эпоху рекомбинации. По-видимому, амплитуда А. ф. в масштабах в то время составляла 0,1%.

К моменту рекомбинации затухают мелкомасштабные А. ф. и остаются флуктуации с массой (или ). После рекомбинации сохранившиеся крупномасштабные неоднородности плотности растут под действием гравитации, не испытывая противодействия со стороны сил упругости (давления), т к. и существенно превышают критич. джинсовскую массу в эту эпоху (см. Гравитационная неустойчивость). Поэтому образование структуры на нелинейной стадии роста А. ф. начинается с концентрации слабовзаимодействующих частиц и барионов в сильно сплюснутые облака - т. н. блины (вероятно, при zy4). "Блины", обладающие массами (или ), являются предшественниками совр. сверхскоплений галактик. В этой модели галактики образуются внутри "блинов" путём фрагментации их на части, к-рая вызвана сложными газодинамич., тепловыми в гравитац процессами. Наряду с образованием "блинов" теория предсказывает рождение на более поздней стадии эволюции волокнистых и компактных сгущений массы примерно того же масштаба, к-рые вместе с "блинами" образуют единую ячеисто-сетчатую крупномасштабную структуру Вселенной. Если осн. масса Вселенной заключена в гипотетич. слабовзаимодействующих частицах типа аксонов, фотино, гравитино, то теория предсказывает более сложную картину происхождения структуры Вселенной из А. ф., в к-рой скопления и сверхскопления галактик образуются несколько позже самих галактик.

Лит.: Зельдович Я. Б., Новиков И. Д., Строение и эволюция Вселенной, М., 1975; Шандарин С. Ф., Дорошкевич А. Г., Зельдович Я. Б., Крупномасштабная структура Вселенной, "УФН", 1983, т. 139, с. 83.

С. Ф. Шандарин.

   <<      Предметный указатель      >>