книги из ГПНТБ / Шама Д.В. Современная космология

вывод, что происходит систематическая эволюция, кото­ рая, конечно, должна быть совместимой с эволюцией, вы­ веденной из зависимости lg N—lg S.

При проведении анализа такого рода необходимо проявлять большую осторожность, чтобы и з б е ж а т ь эф­ фектов селекции, которые нередко вводят в з а б л у ж д е ­ ние астрономов-наблюдателей. Иначе говоря, данные,

или невольно выбрать для изучения квазары с опреде­ ленными свойствами; это упрощает его работу или де­ лает ее более интересной. При статистическом рассмот­ рении очень в а ж н о располагать неискаженной выборкой объектов или по крайней мере иметь возможность пра­ вильно учесть эффекты селекции.

Эта проблема особенно сильно затрудняет анализ пространственного распределения квазаров, потому что в этом случае присутствуют эффекты селекции как опти­ ческих, так и радионаблюдений. Чтобы свести к мини­ муму эффекты селекции радионаблюдений, мы ограни­ чимся ревизованным каталогом 3CR, который считается

смещениями. Чтобы свести к минимуму оптическую се­

величины для источников ревизованного каталога 3CR по существу полные. В результате мы получаем выборку из 33 источников, которую можно считать полной до указанного выше значения радиопотока и оптической звездной величины.

Выберем конкретную космологическую модель. Тогда можно вычислить для каждого из 33 источников макси­

скнх частот; следовательно, это излучение испущено на других частотах, которые зависят от красного смеще­ ния. Это максимальное красное смещение каждого ис­

нашу выборку. Если источники распределены равно­

мым красным смещениям каждого источника, должны

близко к 0,7 для всех космологических моделей, рас­ смотренных в гл. 8. Другими словами, имеется избыток квазаров с большими красными смещениями по срав­ нению с однородным распределением. К а к знак, так и величина этого расхождения согласуются с наклоном в начале кривой IgN — \gS для квазаров.

Результаты Шмидта приводят к очень большой ско­ рости эволюции. После учета убывания пространствен­ ной плотности источников, связанного с расширением Вселенной, Шмидт нашел, что пространственная плот­ ность квазаров с красным смещением г « 1 примерно в 100 раз больше, чем в наших окрестностях. При крас­

что квазары можно легко отличать от голубых звезд по инфракрасному избытку. К настоящему времени он ото­ брал таким методом значительное количество объектов. Пока их красные смещения не определены, мы можем

обычный результат: кривая имела крутой наклон около —1,8. Отсюда следует, что пространственная плотность квазаров изменяется со скоростью, которая более или

лась от современной Вселенной. Нам, естественно, хо­ телось бы продолжить объяснение этого эволюционного

того, что квазары, подобно галактикам, образуют скоп­ ления. Сами по себе такие скопления не могли бы объ­

тем не менее скопления могли бы существовать. Д е л о в том, что исследование изотропии основывалось на ис­ точниках, отобранных по предельной плотности потока. Из - за большого разброса светимостей в число этих источников попадают и слабые близкие, и далекие мощ­ ные источники, поэтому наблюдаемая изотропия от­ носится к некоему среднему, взятому по большому расстоянию вдоль луча зрения, а т а к ж е по радиогалак ­ тикам и квазарам . Скопления могут реально существо­ вать, но такой метод подсчетов не позволяет их вы­

лемы скоплений. Они указали, что квазары с большими красными смещениями, по-видимому, распределены по

лактики. Угловой диаметр каждой группы около 30°.

эффектами селекции, и большинство астрономов, ве­ роятно, думают, что так оно и есть. Однако Штриттмат -

красные смещения и добавляются к этой картине, повидимому, лучше подождать и посмотреть, будет ли иметь место такая тенденция, чем искать сложные эф ­ фекты селекции. Этот вопрос рассматривается здесь ис­ ключительно потому, что если бы такая тенденция ока­ залась реальной, то из нее вытекали бы чрезвычайно

определенных направлениях, или, другими словами, ква­ зары распределены анизотропно. Его авторы предполо­ жили, что если эта тенденция подтвердится в дальней­

ты. Поскольку фоновое радиоизлучение в высокой сте­ пени изотропно (гл. 16), первая возможность кажется маловероятной. Вторая возможность, которая предпола­ гает два преимущественных направления взрыва, была бы приемлема с точки зрения динамики, если бы локаль ­ ная гипотеза не наталкивалась на другие трудности*

-40'

реальность подтвердится, а именно — что в данном слу­ чае скорее всего имеет место не анизотропия, а неодно­ родность. Возможно, квазары образуют вокруг нас скопления размерами, соответствующими красному сме­

скольку пространственная плотность квазаров является как бы индикатором плотности вещества. Тогда возни­

что известно или какие существуют догадки об этих флуктуациях меньшего масштаба . Эти данные собраны в

д о л ж н ы существовать скопления квазаров с относительной

136 ГЛАВД 7

плотностью ôp/p от 2 до 1. Более того, то немногое, что мы узнали о развитии флуктуации в расширяющейся Вселенной, заставляет предполагать, что самые большие флуктуации меньше затухают из-за вязкости излучения, чем флуктуации меньшего размера . Таким образом,

заров будет открыто больше и будут определены их красные смещения, прежде чем такой анализ мог бы

к анизотропии этого фона. Причина этого состоит в том, что если излучение проходит через скопление, то оно испытывает гравитационное красное смещение. Из - за расширения Вселенной потенциал при вхождении из­

риал совершенно нового характера, касающийся крупно­ масштабного распределения вещества во Вселенной.

Г Л А В А 8

М О Д Е Л И В С Е Л Е Н Н О Й

Введение

П е р ед нами стоит теперь грандиозная задача — по­ строить теоретическую схему, в которую укладывались бы данные наблюдений расширяющейся Вселенной. Имея дело с такой массой сложного материала, можно ожи­ дать значительных технических трудностей, однако что привлекает к теоретической космологии и одновре­ менно разочаровывает в ней—'это трудности умозри­ тельного характера . Некоторые из них очевидны. По ­ скольку мы изучаем систему, простирающуюся на ты­ сячи мегапарсек в пространстве и миллиарды лет во времени, необходимо поставить вопрос: применимы ли законы физики, справедливые в данном месте в настоя­ щее время, всюду во Вселенной? Будут ли они теми ж е самыми не просто на больших расстояниях и в отдален­ ном прошлом, но во Вселенной, которая была тогда со­ вершенно иной? Если д а ж е в качестве рабочей гипотезы принять, что эти законы универсальны, встает другой вопрос. Сформулированы ли эти законы настолько точно, чтобы применять их без заметных ошибок к очень большим масштабам? Это макроскопический аналог проблемы, которая возникает в микроскопической (атом­ ной и ядерной) физике. Законы, справедливые для объ­ ектов привычных людям размеров, нельзя без изменения применять в атомных масштабах . С другой стороны, за­ коны атомной физики применимы к объектам обычных размеров, но при рассмотрении большого числа атомов многие характерные особенности почти полностью усред­ няются. В принципе можно вывести законы атомной фи­ зики из достаточно тщательного изучения объектов при-: вьічных нам размеров.

138ГЛАВА 3

Та к ая ж е проблема возникает, когда мы изучаем Вселенную. Эффекты, которые слабы в лабораторных масштабах, могут преобладать в масштабах Вселенной. Мы вправе поэтому вводить в основные уравнения физи­ ки малые члены, которые были бы пренебрежимо малы локально, но оказывали бы решающее влияние на реше­ ния в больших областях. Нам встретится пример такой

величины — так называемая космологическая постоян­ ная. Какова вероятность использовать уравнения, пра­

века, когда они пытались описать поведение атомов на

ленной просто как очень большой системы к рассмотре­ нию ее как всего существующего. Если такое расмотре-

ной задаче рассматриваются как заданные. Например, если при изучении образования звезд мы считаем, что существуют межзвездные облака или по крайней мере галактики, то их параметры помогают нам найти пара­ метры звезд. Напротив, Вселенная в целом находится в

может вылететь в любом направлении и иметь широкий диапазон возможных скоростей. Законы, описывающие полет снарядов, должны быть достаточно гибкими, чтобы

полета, а лишь свойства, общие для всех траекторий (например, то, что все они параболические). Эти общие Свойства кладутся в основу физических законов. Мате-

Но мы не можем допустить существования многих миров: расширяющихся, сжимающихся, более однород­ ных, менее однородных и т. д., общие свойства кото­ рых могут быть установлены из наблюдений, а затем сформулированы в виде законов природы. Существует только одна Вселенная, так что в данном случае важным является реальное поведение этого единственного в своем роде феномена. З а к о н ы природы д о л ж н ы быть, следовательно, сформулированы таким образом, чтобы они относились только к реальной Вселенной, поскольку других вселенных, по определению, не может существо­ вать. Иными словами, нужно разработать теорию, кото­

ных возможностей, или моделей Вселенной. Излишне

она слишком широка. Можно сформулировать это утвер­

вает круг возможных явлений. Достаточно сильная тео­ рия еще не найдена.

связи физики элементарных частиц и космологии. Кроме соображений общего характера, исходя из которых мо­

жду космологическими и атомными величинами. Они