Cтраница 2
В 50 - е годы Вейцзеккер ( 1951) и Гамов ( 1952) рассматривали галактики или замороженные вихри, выделившиеся из непрерывной метагалактической среды, охваченной турбулентным движением. [16]
Образование таких сгущений происходило благодаря ударным волнам эволюционной природы, которые уплотняли большие массы газа; эти массы оказывались затем изолированными от окружающей их метагалактической среды и друг от друга и начинали индивидуальную эволюцию, слабо зависящую от внешних условий. [17]
Полная картина космогонического процесса включает в себя образования, подобные блинам, и турбулентные слои как предельные случаи в сложном многообразии нелинейных гидродинамических явлений в сильно возбужденной метагалактической среде на активной фазе космогонического процесса. Относительную частоту событий того и другого рода) в реальных физических условиях довольно трудно оценить теоретически. Теория процессов такого рода в общей гидродинамике еще очень далека от полноты и количественной определенности. [18]
События, важные для формирования наблюдаемых космических структур, разыгрываются во Вселенной главным образом в более позднюю эпоху, и наиболее существенным из них является рекомбинация метагалактической плазмы, служащая переломным пунктом эволюции метагалактической среды. К этой эпохе температура среды падает настолько, что электроны и ионы начинают объединяться в нейтральные атомы; взаимодействие вещества и излучения сначала ослабевает, а потом и практически прекращается. [19]
Для образования стационарных гравитационно-связанных систем, какими являются галактики и звезды, требуется по-видимому, в первую очередь, чтобы то вещество, из кото рога они строятся, перестало расширяться вместе со всей Метагалактикой и обособилось из метагалактической среды. Такие обособившиеся массы вещества должны представлять собой облака газа, в которых, помимо теплового движения, существуют и хаотические движения целых объемов вещества, способные дать начало пекулярным движениям звезд и вращению каждой галактики как целого. Дальнейшая эколюция облака состоит в том, что оно сжимается, испытывая то, что называется гравитационной конденсацией, причем происходит не только общее уплотнение облака, но и еще более быстрое сжатие отдельных сравнительно небольших его частей, из которых и образуются звезды. [20]
Исследованию поведения вихревых движений в ранней Вселенной посвящены § § 3.2 - 3.4, 4.2, 5.4; роль вихревых движений в процессе перехода к активной фазе космогонического процесса см. в § 5.1, а в предыдущем разделе настоящего параграфа рассматривались особенности вихревой турбулентности в метагалактической среде. [21]
Примерно одна десятитысячная доля всего вещества должна быть заключена в быстро эволюционирующие сверхмассивные звезды, и тогда их ядерная энергия будет достаточна, чтобы разогреть остальной газ до температуры 105 - 10е К. В результате эволюции празвезд в метагалактической среде возникают возмущения масштаба галактик или скоплений галактик. При этом образование новых празвезд уже прекращается, а джинсовой длине соответствует при подходящих красных смещениях масса, близкая к типичной массе галактики. [22]
Малы ли малые возмущения. Итак, в однородной и изотропно расширяющейся метагалактической среде возможно развитие и усиление малых возмущений плотности и скорости. Усиление возмущений обязано собственной гравитации среды, которая является определяющим фактором эволюции для возмущений достаточно большого пространственного масштаба. [23]
Общие соображения Джинса, Вейцзеккера, Гамова, Оорта о турбулентном состоянии метагалактической среды, как и впечатляющие гидродинамические аналогии, о которых мы упоминали выше, не предполагают с необходимостью изначальное существование космических вихрей, и потому сделанное заключение о первичных вихрях не отменяет исходных предпосылок и мотивов турбулентной космогонии. [24]
В последующих параграфах этой главы мы будем изучать общие свойства сильных гидродинамических движений в метагалактической среде, предполагая, что именно им принадлежит ведущая роль на активной фазе космогонического процесса. Мы будем привлекать в нашем рассмотрении выясненные в гидродинамике ( Ландау и Лифшиц ( 1953), Зельдович и Райзер ( 1966), Седов ( 1961, 1967)) сведения об этих явлениях, применяя их к особым физическим условиям метагалактической среды. Мы будем считать, что движения имели безвихревой потенциальный характер и охватывали массы вещества, соответствующие группам и скоплениям галактик; они стали сильными в смысле, определяемом соотношениями (5.1.1), благодаря развитию гравитационной неустойчивости в послерекомби-национную эпоху. Мы будем считать также, что вместе с ними в метагалактической среде имелись в ту же эпоху и более слабые возмущения, соответствующие по массе галактикам и звездным скоплениям. Движения разных масштабов развивались независимо, пока нелинейные эффекты их взаимодействия были несущественны. С переходом к сильно возбужденному состоянию среды нелинейные гидродинамические эффекты превращаются в главный фактор космогонического процесса. [25]
Помимо возмущений, в которых вещество и излучение ведут себя как единая жидкость, в метагалактической среде возможны, как мы говорили в § 3.1, возмущения состава. Нас будет здесь интересовать случай, когда плазма распределена неравномерно на фоне полностью однородного излучения. Согласно общим законам термодинамики, в таком состоянии среды должен появиться поток плазмы, стремящийся выровнять различия в ее плотности и концентрации. [26]
Вселенной - эпоху рекомбинации, когда излучение отключается от вещества. Такое слабо возмущенное состояние метагалактической среды может быть изучено, как мы видели, весьма полно, я, по-видимому, нет ни одного вопроса, касающегося Доведения малых возмущений, на который нельзя было бы ответить, опираясь на теорию, развитую в гл. [27]
Сложная картина сильно возбужденного состояния среды обязательно включает в себя и процессы неэволюционного характера. Большие сгущения вещества, облака, выделившиеся в той или иной степени из метагалактической среды, движутся друг относительно друга и при подходящих условиях могут испытывать контактные столкновения. [28]
В последующих параграфах этой главы мы будем изучать общие свойства сильных гидродинамических движений в метагалактической среде, предполагая, что именно им принадлежит ведущая роль на активной фазе космогонического процесса. Мы будем привлекать в нашем рассмотрении выясненные в гидродинамике ( Ландау и Лифшиц ( 1953), Зельдович и Райзер ( 1966), Седов ( 1961, 1967)) сведения об этих явлениях, применяя их к особым физическим условиям метагалактической среды. Мы будем считать, что движения имели безвихревой потенциальный характер и охватывали массы вещества, соответствующие группам и скоплениям галактик; они стали сильными в смысле, определяемом соотношениями (5.1.1), благодаря развитию гравитационной неустойчивости в послерекомби-национную эпоху. Мы будем считать также, что вместе с ними в метагалактической среде имелись в ту же эпоху и более слабые возмущения, соответствующие по массе галактикам и звездным скоплениям. Движения разных масштабов развивались независимо, пока нелинейные эффекты их взаимодействия были несущественны. С переходом к сильно возбужденному состоянию среды нелинейные гидродинамические эффекты превращаются в главный фактор космогонического процесса. [29]
До рекомбинации мета-галактической плазмы вещество и излучение совместно участвуют в гидродинамических движениях - в регулярном расширении и в наложенных на него возмущениях. Они представляют собой при этом как бы единую жидкость, и именно так мы и рассматривали их до сих пор. Это рассмотрение, очевидно, приближенно, но оно достаточно для анализа гидродинамических явлений. Гидродинамикой, однако, картина не исчерпывается полностью; как мы сейчас увидим, наличие в метагалактической среде нескольких компонент приводит к интересному электродинамическому эффекту - генерации магнитных полей вихрями. Для анализа этого эффекта требуется рассмотреть поведение различных компонент среды, охваченных вихревым движением, и оценить взаимодействие между ними в ходе общего космологического расширения. [30]