Реликтовое излучение

Самый выдающийся вклад в космологию радиоастрономия сделала в 1965 г., когда при испытании новой, весьма чувствительной приемной радиоаппа­ратуры в лаборатории Бэлла (США) на волне около 7 см был обнаружен совершен­но новый тип космического радиоизлучения, интенсивность которого со всех напра­влений на небе была одинаковой.

На более длинных волнах это излучение наблюдать затруднительно, так как оно «маскируется» более интенсивным ра­диоизлучением Галактики и Метагалактики. Дело в том, что, как показали даль­нейшие наблюдения на других волнах сантиметрового диапазона, интенсивность этого излучения растет с ростом частоты пропорционально квадрату последней,

Объяснение этого таинственного «трехградусного» излучения, наполняющего всю Вселенную, было дано быстро. Еще в 1948 г. известный физик Г. А. Гамов разработал теорию первоначально очень горячей расширяющейся Вселенной. Речь идет о самых ранних этапах ее эво­люции, когда не было ни звезд, ни галактик, ни даже тяжелых элементов (ведь по­следние образуются только в недрах звезд. По мере расширения этого чрезвычайно горячего «огненного шара» его температура должна быстро падать (по той же причине, по которой охлаждается расширяющийся в пустоту газ).

Нако­нец, когда температура газа упадет приблизительно до 4000 К (как показывают расчеты, это было тогда, когда «возраст» Вселенной был около 500 тыс. лет, а раз­меры примерно в 1000 раз меньше современных), водород перестанет быть ионизо­ванным.

После этого заполняющее Вселенную излучение (которое в ту эпоху со­ответствовало нагретому до 4000 К телу) перестанет взаимодействовать с веществом и в дальнейшем будет менять свою интенсивность и спектральный со­став не так, как расширяющаяся материя.

Расчеты показывают, что по мере расши­рения Вселенной это излучение будет все время сохранять свой «равновесный» ха­рактер, а его температура будет убывать обратно пропорционально размерам Вселенной. Между тем газ будет ох­лаждаться значительно быстрее обратно пропорционально квадрату «размеров» Вселенной.

(Под «размерами» расширяющейся Вселенной здесь понимается расстояние между двумя какими-нибудь точками, которое в процессе расширения непрерывно растет).

Так как Вселенная увеличила свои размеры более чем в 1000 раз, то сейчас температура заполняющего Вселен­ную излучения должна быть около 3 К; именно это излучение и было обнаружено сотрудниками лаборатории Бэлла.

Таким образом, это излучение не генерируется какими-либо телами «современной» Вселенной, а отражает ее состояние на раннем этапе эволюции.

По этой причине И.С.Шкловский назвал его «реликтовым» и сейчас этот термин получил всеобщее распространение.

Подобно тому, как некоторые виды животных и растений являют собой анахронизм и оказываются «застывши­ми» остатками той жизни, которая была на Земле в прошедшие геологические эпо­хи (например, сумчатые млекопитающие, некоторые виды рыб и т. д.), трехградус­ное излучение есть «реликт» давно прошедшего этапа в эволюции мира.

Вселенная пронизана радиоволнами миллиметрового диапазона, распространяющимися равномерно по всем направлениям. Это газ квантов электромагнитного излучения, равномерно заполняющего всю Вселенную; его температура около 3 К, но энергия, содержащаяся в нем, больше световой энергии, испущенной всеми звездами за время их жизни.

На каждый кубический сантиметр Вселенной приходится 400 квантов излучения, а полное число квантов в пределах видимой Вселенной в несколько миллиардов раз больше полного числа частиц вещества, т. е. атомов, ядер, электронов, из которых состоят пла­неты, звезды и галактики.

Это и есть фоновое излучение Вселенной, реликт сверх­плотного и горячего

(с температурой в миллиарды гра­дусов и выше) состояния Вселенной в ее далеком про­шлом, когда не было ни звезд, пи галактик и все вещество представляло собой дозвездную, догалактическую плазму, более или менее однородно перемешанную с газом кван­тов.

Кванты электромагнитного излучения взаимодейство­вали с плазмой, рассеиваясь на электронах, и состав­ляли вместе с ней единую среду, равномерно заполняю­щую всю Вселенную.

Предполага­ется, что в течение первой микросекунды вся материя существовала в виде кварк-глюонной плазмы. По мере расширения и охлаждения Вселенной из плазмы конденсируются все более сложные формы вещества и в итоге образуются наблюдаемые сегодня атомы. Строящиеся в настоящее время ускорители должны обеспечить нагрев ядер до 2-10¹² К (200 млн. электронвольт, МэВ), в ре­зультате чего, возможно, образуется первичное кварковое вещество, которое с такой настойчивостью ищут физики.

Общее расширенно Вселенной охлаждало со временем плазму и кванты; через миллион лет после начала расширения температура среды упала до значения в несколько тысяч градусов, при которой электроны и ядра, разделенные до того тепловым движе­нием, смогли объединиться, рекомбинировать, образовав атомы.

После эпохи рекомбинации кванты уже не взаимо­действовали с плазмой и распространялись свободно вплоть до современной эпохи, испытывая лишь общее охлаждение, связанное с продолжающимся расширением Вселенной.

ТЕМПЕРАТУРА ВСЕЛЕННОЙ падает с момента Большого взрыва.

Взрывы сверхновых звезд. γ- всплески.

Наблюдая удаленные объекты, мы видим Все­ленную такой, какой она была когда-то очень давно. В частности, наблюдая космическое радиоизлучение, мы видим плазму в последний момент существования иони­зованного водорода, когда начинается образование наблюдаемой в настоящее время структуры Вселенной; речь идет о превращении почти однородного газа в звезды, сосредоточенные в галактиках, и о распределении галактик в пространстве.

Дата добавления: 2014-01-14