АДИАБАТИЧЕСКИЕ ФЛУКТУАЦИИ

Расстановка ударений: АДИАБАТИ`ЧЕСКИЕ ФЛУКТУА`ЦИИ

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 М_d, зависит от атомных констант и параметров рассматриваемой космологич. модели (Хаббла постоянной Н₀ и безразмерной ср. плотности Вселенной Ω₀, см. Космология). Значение М_d оценивается по аппроксимационной ф- ле

где k_d=^2π/_λd — волновое число, соответствующее масштабу затухания в спектре А. ф., — _b ср. плотность барионов, h=H₀/[100 ^км/_(с·Мпк)] — безразмерный параметр. Ф-ла приближённо справедлива при 0,01<Q₀U²<1.

В моделях Вселенной, где по своему вкладу в массу доминируют слабовзаимодействующие частицы, обладающие массой покоя (напр., электронное нейтрино с предполагаемой массой m_υ≈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 M_υm_pl(m_pl/m_υ)², где m_pl(cħ/G) ^½ — т. н. планковская масса. В случае электронных нейтрино M^υ10²M.

Информация об А. ф., существовавших в эпоху рекомбинации водорода (при z10³, где z — красное смещение), сохраняется в угл. флуктуациях темп-ры микроволнового фонового излучения ^ΔT/_T. Поэтому данные наблюдений величины ^ΔТ/_Т позволяют оценить верхние пределы амплитуды А. ф. разных масштабов в эпоху рекомбинации. По-видимому, амплитуда А. ф. в масштабах M^υ в то время составляла 0,1%.

К моменту рекомбинации затухают мелкомасштабные А. ф. и остаются флуктуации с массой >М_d (или M_υ). После рекомбинации сохранившиеся крупномасштабные неоднородности плотности растут под действием гравитации, не испытывая противодействия со стороны сил упругости (давления), т.к. М_d и М_υ 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 z≈4). «Блины», обладающие массами ≈M_d (или M_υ), являются предшественниками совр. сверхскоплений галактик. В этой модели галактики образуются внутри «блинов» путём фрагментации их на части, к-рая вызвана сложными газодинамич., тепловыми и 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

Источники:

1. Физическая энциклопедия/Гл. ред. А. М. Прохоров. Ред. кол. Д. М. Алексеев, А. М. Балдин, А. М. Бонч-Бруевич, А. С. Боровик-Романов и др.- М.: Сов. энциклопедия. Т.I. Ааронова - Бома эффект - Длинные линии. 1988. 704 с., ил.