Закон Хабала: чем дальше от нас галактики, тем с большей скоростью они удаляются.
V=H*r V – скорость галактики, на кот. Мы смотрим
r – расыстояние до нее
H=75 км/с*Мпк
1пк=3.26 св.года
1Мпк=106*3.26пк
Так утвердилась концепция эволюции Вселенной.
11.6.Концепция большого взрыва.
По теоретическим расчетам 15-20 млрд. лет назад радиус вселенной был равен ~10-12см, т.е. приближался к размеру электрона. Плотность ς~1093,г/см3, температура~1013К
Потом произошел большой взрыв и вселенная стала стремительно расширяться. Через 1/100 сек температура стала 100 млрд. К и ς стала падать 1010 г/см3.
В этих условиях должны были существовать фотоны, электроны, позитроны, нейтрино и антинейтрино и небольшое число нуклонов(протонов и нейтронов). Скорости очень высокие и частицы проскакивают друг мимо друга и не успевают образовать ядра.
Через три минуты(t~106К) стали образовываться первые ядра изотопов водорода и гелия.
Расчеты показали, что объединения ς++ς невозможны и встает вопрос как образовались ядра гелия.
Ташов Т.А. предположил в конце 20-хгг теорию образования ядер гелия: протон захватывает нейтрон, передает ему часть энергии, нейтрон переходит в возбужденное состояние и распадается. К двум протонам присоединяются нейтроны, получаются ядра изотопов гелия. Этот процесс назвали первичным нуклеосинтезом.
Теоретические расчеты показали, что дальнейшее присоединение протонов и нейтронов невозможно, т.е невозможно образовать следующие элементы.
После первичного нуклеосинтеза вселенная была водородно(3/4) – гелиевой(1/4). И на 69% вселенная состояла из фотонов, нейтрино и антинейтрино.
Следующие 500000 лет ничего не происходило. Вселенная расширялась и медленно остывала. Изменились параметры( ς~-22 г/см3 и т~3000°К). Электроны получили возможность присоединиться к ядрам, образовались первые атомы изотопов Н и Не.
В этих условиях э/м частицы(фотоны) перестали взаимодействовать с е(векторное) и излучение отделилось от вещества. В 1948 Гамов вместе с аспирантом опубликовал статью, где указал, что оно должно сохраниться до 2000г и указал, что Т должна упасть до нескольких градусов К.
Эта теория Гамов получила название теории горячей вселенной. В 1964г Пензас и Вильсон обнаружили излучение, идущее из любых направлений космической области, предсказанное Гамовым. Оно было названо реликторным излучением, оставшимся от взрыва.
11.7.Процессы самоорганизации вселенной.
Образовавшаяся вселенная оказалась неравновесной, и в ней стали происходить процессы самоорганизации (в счет сил тяготения). Там, где плотность вещества была выше средней, под действием притяжения происходило сгущение материи в гигантских газовых облаках. В облаках при сжатии повышалась t, и начинался процесс звездообразования, который превратился в настоящий ураган: вспыхивали сотни миллионов звезд, двигались огромные потоки вещества, возникали ударные волны. Они возбуждали мощные вихри во вселенной. Считается, что поэтому существующие галактики вращаются вокруг осей.
11.8.Синтез химических элементов в звездах.
Когда возникли звезды, стало возможным образование новых химических элементов. Идея такого механизма была предложена английским астрофизиком Хойлом. Он предположил, что три ядра гелия могут объединиться в ядро углерода, но получалась очень медленная скорость объединения и, чтобы получить большую скорость, он предположил. Что у ядра углерода должно существовать возбужденное состояние.
Фаулер действительно обнаружил у углерода такое состояние. Образования остальных элементов объясняется так: ядро углерода, присоединенное к ядру гелия, образует ядро водорода и т.д. Остальные получились распадом более тяжелых элементов. Большинство химических элементов появилось как звездных костров. Этот процесс был назван звездный нуклеосинтез.
11.9.Гипотезы альтернативные концепции Большого взрыва.
11.9.1.Гипотеза пульсирующей вселенной.
Вселенная то сжимается, то расширяется(сжимается не до малых размеров 10-12, а до каких – то сравнительно больших размеров с конечными величинами плотности).
11.9.2.Гипотеза неменяющейся вселенной.(Хойл).
Происходит непрерывное возникновение вещества из ничего, новое вещество уравновешивает расширение вселенной. Советский астрофизик Линден предположил, что вещество образуется из вакуума в областях, где достигается его сверх высокая плотность. Происходит раздувание пузырей вакуума.
На сегодня общепринятой является концепция большого взрыва. Которая подтверждается тремя факторами:
1.расширение вселенной.
2.существование реликтового излучения.
3.распределение химических элементов во вселенной.
11.10.Происхождение галактик из звезд.
Существует много гипотез, но во всех был сначала разреженный газ, а из этого газа под действием гравитационных сил возникают сгущения.
Джеймс Джинс исследовал проблему образования сгущений и пришел к выводу, что на первой стадии образуются туманности правильной сферической формы. Затем туманности сплющиваются в эллиптические формы. И гравитационные поля соседних туманностей вызывают истечение вещества с краев эллипсоида, образуя спиральные ветви(рукава). В «рукавах» из – за повышенной плотности начинают образовываться звезды. В его теории был недостаток: в эллиптической туманности не должно быть звезд, они сосредоточены в рукавах. Позже звезды были обнаружены внутри эллиптических галактик.
В1945 году Хойл опубликовал свою гипотезу. По его мнению диффузия материи(пыль и газ) под действием магнитного поля сконцентрировалась в двух рукава, отходящие от центральной части вдоль магнитных силовых линий. Вращение закрутило рукава в спирали. С тех пор магнитное поле удерживает магнитное вещество в рукавах, но на звезды его сил не хватает, и звезды выходят из рукавов через промежутки. Гипотеза Хойла подтверждается тем фактом, что в рукавах обнаруживают более молодые звезды, чем в промежутках между ними.
Гипотеза Хойла не дает ответа, как появились эллиптические и неправильные галактики. В 1964 году голландский ученый Ян Оорт сделал доклад на международном конгрессе о происхождении галактик. Идеи доклада близки к идеям современности. По современным взглядам одни из газовых облаков имели быстрое вращение и центральное сгущение. Центробежные силы велики и они не позволили диффузному веществу сгуститься плотно. Вещества оставалось много во внешних областях, и галактика получалась спиральной по механизму Хойла. При медленном вращении газового облака галактика получилась эллиптической. Силы тяготения сжимали вещество в образования, из которых затем получались звезды. Это подтверждается наблюдением: в эллиптических галактиках совсем нет диффузного вещества.
Облака без значительного центрального сгущения и довольно быстро вращающиеся дали начало неправильным галактикам.
Детально проработанной, завершенной картины пока не имеется
11.11.Строение и эволюция звезд.
Основные характеристики звезд:
1.масса
2.радиус
3.температура поверхностных слоев
4.светимость(полное кол-во энергии, излучаемое звездой в единицу времени).
Температура у поверхностных слоев звезды определяет ее цвет и спектр. Если т=3000-40000К, то цвет ее красноватый. Если 6000-7000, то желтоватый, 10000-12000 – белый или голубоватый.
По температуре поверхностных слоев звезды делятся на семь спектральных классов:O,B,A,F,G,K,M(O, baby a fine girl kiss me). В каждом классе 10 подклассов.
G2 – солнце(желтая звезда, т=60000К), внутри 15 млн. По спектральному анализу определяют состав звезды. По химическому составу звезды водородные и гелиевые писумы. (Писумы – ионизированный газ). На 10000 атомов водорода приходится 1000 атомов гелия, 5 атомов кислорода, 2 атома азота, 1 атом углерода, 0.3 атома железа.
В1920году английский астрофизик Эдингтон объяснил свечение звезд термоядерными реакциями синтеза гелия из водорода. Звезды – это шары из газа в состоянии плазмы, которые находятся в устойчивом равновесии из-за того, что силы тяготения уравновешиваются силами давления расширенного газа, который стремится расшириться.
Термоядерные реакции в звезде идут примерно в ¾ объема звезды (внутри).
В 20-е годы была обнаружена связь с ……..звезд. Ученые Терушимпрунг и Расселл
На основе диаграммы строились модели эволюции звезд. Облако, у которого рождается звезда, называется протозвезда (от греческого первый).
Рождение звезды происходит следующим образом.
1.звезда уплотняется, делается менее прозрачной для теплового излучения. Это приводит к росту температуры. И в определенный момент протозвезда становится непрозрачной для теплового излучения. Температура быстро возрастает и резко возрастает давление. Сжатие замедляется, но температура продолжает возрастать, достигает миллионов градусов, и начинаются термоядерные реакции. Из – за громадного давления сжатие прекращается, протозвезда становится звездой. Этот процесс занимает от 100000 – 100000000 лет. Световые года – расстояние.
Время пребывания звезды на главной последовательности определяется ее массой. Чем массивнее звезда, тем больше сжато вещество, и выше температура, и быстрее идут термоядерные реакции. Горячие голубые гиганты могут устойчиво излучать всего несколько миллионов лет.
Наше солнце будет светить еще 8млрд лет. Когда весь водород превратиться в гелий, температура и давление упадут, ядро начнет сжиматься, температура опять повысится. Ядерные реакции станут протекать на границе ядра. Давление снова возрастет, звезда начнет расширяться и будет переходить в область красных гигантов. А в ядре гелий будет превращаться в углерод, и будут идти химические реакции с образованием более тяжелых элементов.
Дальнейшая судьба звезды зависит от ее массы. Звезды, массы которых больше 1.2массы солнца сбрасывают внешнюю оболочку, которая рассеивается, и оставшаяся небольшая звезда превращается со временем в белый карлик. Через сотни миллионов лет они остывают, превращаясь в черные карлики. Они невидимы. Это мертвые холодные звезды, размером меньше земли, но с очень высокой плотностью. Так кончает свое существование большинство звезд, но не все.
Большие звезды, у которых масса меньше 10*массы солнца, сжимаясь, могут снова взорваться. Такие звезды называются сверхновыми. При этом из выброшенного вещества от взрыва могут образовываться звезды 2-го, 3-го и т.д. поколений. В звездах 2-го и 3-го поколений больше содержания тяжелых элементов и выше металличность звезд. По металличности звезды определяется возраст.
Звезды, у которых 1.2Мсолн < М < 2.5Мсолн имеют другую судьбу. Они сжимаются до размеров белого карлика и продолжают сжиматься далее, пока их плотность не начнет превышать плотность атомного ядра. Такие звезды состоят из плотноупакованных нейтронов, - нейтронные звезды.
В 1964г были открыты радиоисточники, периодически повторяющиеся радиосигналы, названные «пульсарами». Пульсар – быстро вращающаяся нейтронная звезда
Если масса превышает некоторый предел, то нейтронная звезда продолжает сжиматься еще дальше. Проходит гравитационный коллапс ( катастрофически быстрое сжатие до сверх плоского состояния). И возникает черная дыра – это такое место, которое имеет такую силу гравитационного притяжения, что ничто не может вырваться из черной дыры, даже луч света.
Rдыры = 2G*m/C2 – радиус черной дыры
Очень мощные источники излучения, имеющие малые угловые размеры, их назвали квазары. Оказалось, что их размеры больше звезд, но меньше галактик. Есть предположения, что это ядра молодых галактик.