Новости    Библиотека    Энциклопедия    Биографии    Ссылки    Карта сайта    О сайте


предыдущая главасодержаниеследующая глава

§ 8. Наблюдаемая распространенность легких элементов

Можем ли мы по наблюдаемому химическому составу современного нам вещества узнать что-либо о ранней эволюции Вселенной?

Прежде всего ясно, что даже зная химический состав космических объектов в настоящее время, еще нельзя сравнивать непосредственно эти данные с выводами космологической теории, так как химические элементы могут синтезироваться (и разрушаться тоже) во время эволюции небесных тел, например, в звездах или при взаимодействии космических лучей с межзвездным веществом. Поэтому необходимо проанализировать вопрос об эволюции распространенности химических элементов со временем и только после этого сравнить теорию с наблюдениями.

Начнем с данных наблюдений. Как ясно из предыдущего параграфа, наиболее интересным для нашего анализа элементом является гелий Не4. Интересно отметить, что гелий, составляющий предмет обсуждения, был открыт впервые на Солнце (и назван в честь последнего) в 1868 г. французским астрономом Ж. Жансеном и англичанином Н. Локьером.

После этого гелий был обнаружен на Земле и в спектрах многих горячих космических тел.

Гелий по своим свойствам элемент очень трудный для обнаружения и анализа спектральными средствами. В сравнительно холодных звездах наблюдать гелий невозможно. Гелий удается обнаружить лишь в горячих звездах, в огромных облаках газа, нагреваемых ультрафиолетовым светом звезд, в горячих областях внешней атмосферы Солнца, в потоках частиц солнечного ветра. Косвенно количество гелия в звездах можно оценить, сравнивая выводы теории строения звезд с наблюдательными данными об их светимостях и температурах. Почти во всех случаях обилие гелия: 0,26 < Y < 0,32. Основную массу остального вещества составляет водород. Нельзя забывать о том, что гелий синтезируется в обычных звездах, а потом выбрасывается в межзвездное пространство разнообразными процессами, начиная от медленного истечения вещества наподобие "солнечного ветра" и кончая грандиозными взрывами - вспышками сверхновых звезд.

Могло ли происходить так, что весь наблюдаемый Не4 синтезировался в ходе эволюции звезд первых поколений, а затем обогащенный гелием газ выбрасывался в пространство и из него формировались на более поздней стадии современные объекты? Тщательный анализ показывает, что это вряд ли возможно. Наиболее убедительно против такой возможности говорит анализ диаграмм светимость - температура для старых звездных скоплений. Характер диаграмм этих скоплений зависит от возраста и начального содержания гелия в звездах. Оказывается, что это начальное содержание Не4 у наиболее старых. (и поэтому бедных металлами) звезд нашей Галактики около Y ≈ 0,3.

Содержание Не4 в дозвездном веществе было, вероятно, примерно таким же, как и в наши дни, т. е. около Y ≈ 0,3.

Гораздо скуднее информация, которую удается получить о вероятной распространенности дейтерия в дозвездном веществе. Трудности здесь связаны с тем, что первичный дейтерий легко разрушается. Дейтерий является промежуточным продуктом при ядерных процессах в звездах. Возможно возникновение D при взрывах звезд.

Кроме того, при оценке количества дейтерия в межзвездном газе используются межзвездные молекулы DCN и HCN. Но оказывается, что относительное количество этих молекул еще не характеризует относительного количества D и Н, так как вероятности существования этих молекул крайне различны из-за разности их свойств. Не вдаваясь в тонкости, можно сказать, что наблюдаемое количество дейтерия около ZD ≈ 5*10-5 или даже заметно больше (раз в десять) с очень большой неуверенностью. Итак,


(18)

Какие можно сделать из этого выводы?

Прежде всего, величина Y очень близка к тому, что предсказывает теория в простейшем, наиболее естественном случае без неизвестных частиц, без заметного леп-тонного заряда и без отклонений в характере расширения Вселенной от модели Фридмана (см. предыдущий параграф). Надо подчеркнуть, что эта величина мало чувствительна к вариациям сегодняшнего значения средней плотности во Вселенной. Это совпадение теории и наблюдений служит веским аргументом в пользу правильности теории.

Значение ZD ≈ 5*10-5 может получиться при синтезе D в начале космологического расширения только в том случае, если сегодняшняя плотность р имеет минимальное допустимое значение ρ ≈ 3*10-31г/см3, равное усредненной плотности вещества, входящего в галактики. Если это так, то межгалактического газа с заметкой плотностью (существенно превосходящей плотность вещества в галактиках и достаточной, например, для того, чтобы средняя плотность ρ была равна или большей, чем ρкрит) быть не должно. Однако надо помнить, что значение ZD для дозвездного вещества известно не очень надежно.

Таким образом, вывод должен быть следующим. Наблюдения определенно отвергают все варианты теории, которые приводят к существованию в дозвездном веществе почти 100% Не4 (см. предыдущий параграф). С большой степенью уверенности можно сказать, что подтверждается "стандартная" теория, описанная в § 6, дающая 30% Не4. Следовательно, мы достаточно надежно знаем, что происходилo в первые секунды расширения Вселенной.

предыдущая главасодержаниеследующая глава










© Злыгостев Алексей Сергеевич, подборка материалов, оцифровка, статьи, оформление, разработка ПО 2001-2019
При копировании материалов проекта обязательно ставить ссылку на страницу источник:
http://physiclib.ru/ 'Библиотека по физике'

Рейтинг@Mail.ru