Світ галактик. Сценарій становлення Всесвіту. Світоутворення.

Як уже згадано, космологія як галузь астрономії має завдан­ня з’ясувати геометричну структуру простору і часу, сформулю­вати закони розвитку Всесвіту як цілого, дати конкретні відповіді на питання, які процеси призвели до формування галактик та їхніх скупчень.

Загальні властивості Всесвіту, закономірності його розвит­ку досліджують шляхом побудови космологічних моделей. Основні рівняння тут отримують виходячи із загальної теорії відносності. При цьому вихідним є припущення, що властивості Всесвіту для кожного заданого моменту часу однакові в усіх його точках і в усіх напрямах. Цей космологічний принцип однорідності та ізо­тропності Всесвіту підтверджується спостереженнями.

Важливим є також факт червоного зміщення ліній у спектрах галактик. Його пояснюють не рухом галатик у просторі, а роз­ширенням самого простору. Екстраполюючи дані спостереження у минуле, можна сказати, що T років тому стався грандіозний вибух, унаслідок якого речовина галактик розлітається в усіх на­прямах дотепер (точніше - триває розширення самого простору, тоді як кожна галактика займає «своє» місце в ньому). Таке уяв­лення дає змогу ввести поняття космічного, або космологічного часу t, який і використовують для порівняння еволюції об’єктів у різних ділянках Всесвіту. Відлічують цей час від моменту вибуху, тобто від початку розширення.

Істотних успіхів у з’ясуванні процесів, що відбувалися в «мо­мент вибуху», досягнуто, почавши орієнтовно з 1980 p., завдя­ки поєднанню зусиль космологів і тих фізиків, які займаються вивченням властивостей елементарних частинок. Конкретно, вдалося довести, що при дуже великих енергіях частинок (при високих температурах) згадані в розділі І взаємодії не розрізня­ються! І в такій ситуації стають можливими (див. нижче) пород­ження і взаємні перетворення частинок, що врешті-решт «забез­печує» наявне сьогодні їх розповсюдження у Всесвіті.

тобто відповідно 1,6-10^-33см, 5,3-10^-44с, 2,2∙10^-5r і 5-10⁹³г/см³. Тут G - гравітаційна стала, с - швидкість світла і ?=l,05∙10^-34 Дясс - поділена на 2π стала Планка. Вважається якраз, що історія роз­витку Всесвіту відома тепер з моменту T=t_pl≈10^-43c.

І, нарешті, найзагальніший розгляд «Всесвіту в цілому» ви­магає зіставлення одержуваних висновків з тим, що дає аналіз еволюції окремих складових Всесвіту — галактик і зір. Конкрет­ним прикладом цього є хоча б порівняння тривалості розширен­ня Всесвіту з часом, за який у речовині галактик нагромаджуєть­ся певна кількість радіоактивних ізотопів (зокрема, урану і то­рію) та продуктів їх розпаду (свинцю). Вихідними в цьому друго­му є такі уявлення:

1. У надрах зір відбувається синтез ядер хімічних елементів, почавши від ядер гелію за схемою 4^lH→^,Hc. тоді при масі зорі M>1,2M₀ 3⁴Не^¹²С і т. д. І оскільки, зокрема, маса ядра гелію на ∆m=0,03m_p (m - маса протона) менша від маси чотирьох про­тонів - інакше, оскільки тут є ефект упаковки, то при кожній такій реакції виділяється енергія, величину якої обчислюють за фор­мулою Айнштайна ∆E=∆m^.

2. Надра зір, маси яких перевищують 1,2M₀, при включенні реакції синтезу ядер все важчих елементів стискаються, і з часом це стискання пришвидшується, так що врешті-решт настає «кос­мічна катастрофа». Речовина зовнішніх шарів зорі, в якій нагро­мадилися важкі хімічні елементи, розлітається в навколишній простір, тоді як залишок зорі стає нейтронною зорею або чор- ною дірою. З цієї розпорошеної речовини формуються зорі «на­ступного покоління».

3. Загалом же в галактиках паралельно протікає два проце­си: синтезу важких ядер у надрах зір і розпад радіоактивних ядер типу урану. Співвідношення ізотопів і дає змогу оцінити вік га­лактик незалежно.

3.1.