Файл: Шама Д.В. Современная космология.pdf

бы образоваться около Ю 4 3 г гелия (энергия связи ядра гелия примерно 2 , 5 - Ю - 5 эрг) . Однако полная масса Га­ лактики 4-104 '1 г, и поэтому соответствующее отношение Не/Н было бы равно всего лишь 'До по массе, или Ѵіео по числу атомов, — более чем в 10 раз ниже наблюдае ­ мого отношения, равного Ѵи (по числу атомов) .

Этот аргумент сильно зависит от предположения, что светимость Галактики в прошлом была не больше, чем в настоящее время. Однако некоторые астрономы пред­ положили, что, когда Галактика была молодой, шел бур­ ный процесс звездообразования и что звезды были до­ статочно массивны, чтобы быстро проэволюционировать, произведя при этом требуемое количество гелия. При подробном изучении это предположение встречается с серьезными трудностями. Главная проблема: каким об­ разом гелий переносится в межзвездное пространство до того, как ядерные реакции синтеза в массивных звездах превратят его в более тяжелые элементы? Детальные, расчеты надежно показывают, что гелий практически должен выгореть до того, как он будет выброшен из звезды.

В этих расчетах сделано допущение, что водород не поступает непрерывно в центральные области звезды из внешних слоев путем конвекции. Отсутствие конвекции общепринято как хорошо обоснованное, однако Л е д у поставил его под сомнение и показал, что будет иметь место значительное образование гелия, если звезды остаются хорошо перемешанными. Тем не менее в на­ стоящее время представляется, что перемешивание было для этих целей недостаточным.

Более вероятно, что конвекция могла происходить в сверхмассивных звездах 1 0 4 М о , а не в звездах с массой порядка солнечной, которые рассматривались нами до сих пор. Если такие сверхмассивные звезды образовались на ранних стадиях существования Галактики, то они могли бы произвести необходимое количество гелия и распасться к настоящему времени. Это остается серьез­

разования ныне существующих звезд, что о формирова ­ нии звезд других типов пока не можем сказать ничего

200 ГЛАВА 11

определенного. Во всяком случае, в последние годы астрономы осознали, насколько мало они разбираются в том, какие макроскопические формы может принимать материя. Радногалактикп, квазары, рентгеновские источ­ ники, инфракрасные звезды и пульсары настолько экзо­ тичны, что невозможно было предсказать их существо­ вание до того, как они были открыты. Пройдет еще мно­ го времени, прежде чем мы как следует разберемся в образовании сверхмассивных звезд.

З а к л ю ч е н ие

Заканчивая эту главу столь неопределенным замеча­ нием, мы чувствует себя обязанными попытаться подве­ сти итог этим запутанным рассуждениям . Читатель за­ метит, что, как это ясно из тех или иных наблюдений, представляющих космологический интерес, измерения обилия гелия и их интерпретация вводят нас в область предельно запутанных и малопонятных астрофизических процессов. Все доводы существенным образом зависят от определенных деталей внутреннего строения звезд, их

новлена. Такая ситуация типична для астрофизики. При­

д о л ж н ы сначала рассмотреть процессы, которые могли происходить на ранних плотных стадиях развития Все­ ленной. Этот вопрос мы рассмотрим в следующей главе.

Г Л А В А 12

Г О Р Я Ч А Я В С Е Л Е Н Н А Я

Введение

Мысль о том, что на ранних плотных стадиях Все­ ленная была достаточно горячей, чтобы в ней могли идти термоядерные реакции, впервые была высказана Гамовым в 1946 г. Он рассчитывал, что можно будет объяс­ нить наблюдаемое обилие гелия и, возможно, всех дру­ гих элементов. Такая концепция стала называться тео­ рией а — ß — у (после статьи Альфера, Бете и самого Гамова), или теорией «горячей Вселенной». В настоящее время почти с определенностью можно сказать, что эта

большинства наблюдений. Таким образом, поведение Вселенной в первые несколько минут ее жизни могло оставить след на все времена.

П о ж а л у й , наиболее поразительной особенностью яв­ ляется то, что тепло, которое необходимо для поддержа­ ния реакции синтеза гелия, т а к ж е может оставить свой собственный неизгладимый след во Вселенной в форме универсального поля излучения низкой, но не нулевой интенсивности. По причине, которую мы объясним поз­ же, чем ниже современная интенсивность этого поля из­ лучения (и, следовательно, чем труднее его обнару­ жить), тем выше обилие гелия. Таким образом, если скептически настроенный физик выгонит космологию в дверь, она снова войдет в окно.

Универсальное поле излучения обнаружено почти до­ стоверно, и его спектр и интенсивность очень хорошо согласуются с предсказанными теорией горячей Вселен­ ной (гл. 13). Мы должны поэтому принять эту теорию всерьез. Чтобы понять ее, необходимо рассмотреть