Файл: Иноземцев, Г. Г. Незатылованные шлицевые червячные фрезы-1.pdf

идолю массы, вошедшей в шаровые скопления. Численные оценки,

вкоторых использовано естественное предположение, что харак­ терный масштаб и скорость в нем в момент teq равенства плотности

даемым. Интересно, что теория объясняет существование верхней

родности плотности здесь относительно малы, и, в отличие от мень­ ших масштабов, их эволюция определяется не гидродинамической, а гравитационной неустойчивостью. Если в данном масштабе потен­ циальная скорость успела за время 4 х р вырасти до величины, достаточной для гашения скорости дифференциального космологи­ ческого расширения, соответствующая неоднородность «отключится» от фона с образованием гравитационно связанной системы. Оче­ видно, возмущения этих масштабов соответствуют агломератам (скоплениям) галактик различной численности. Пространственная корреляция скоростей в метагалактической турбулентности приве­ дет к тому, что неоднородности с преобладанием потенциальных скоростей над вихревыми (эллиптические галактики) окажутся преимущественно сгруппированными в сферические и притом более плотные скопления, чем скопления неправильной формы (отражаю­ щей наличие общего момента вращения), которые будут содержать

потенциальной компоненты скорости. Принципиально,что галактики обособляются от фона независимо от завершения формирования их скоплений, которое в достаточно больших масштабах на се­ годняшний день еще не закончилось. Основные параметры скопле­ ний [146] удовлетворительно согласуются с наблюдаемыми.

Разумеется, вихревая модель, хотя и объяснила многие вопросы образования галактик, сделала лишь первые шаги в решении этой сложной и многосторонней проблемы. В разработку представлений о вихревом происхождении галактик сейчас включились многие исследователи из разных стран. В работе [136] показано, что образо­ вание галактик из вихревых возмущений может привести к продол­ жающемуся и поныне выпадению межгалактического газа на галак­ тики в количестве, близком к приносимому высокоскоростными облаками нейтрального водорода. Можно показать, что первичные вихри еще на стадии преобладающего излучения генерируют маг­ нитное поле [134]. Последующее усиление этого поля галактической турбулентностью, наложенной на дифференциальное вращение, могло бы, вероятно, объяснить происхождение галактических маг­ нитных полей.

57

Перед вихревой теорией, находящейся в стадии интенсивного дальнейшего развития, стоит несколько важных задач. Необходим выход за рамки адиабатического приближения работы [139], т. е. детальный анализ турбулентности на послерекомбинационной ста­ дии. Нуждаются в разработке физические процессы на стадии превращения протогалактики в стационарную систему (оценки показывают, что этого можно ожидать при z ~ 10). Интересные перспективы возникают при рассмотрении образования ядер галак­ тик и начала их активности.

Проблемы вихревой теории неизбежно перерастают в космоло­ гические при попытке объяснить происхождение вихрей. Конечно, эти вихри можно считать столь же неотъемлемым свойством Вселен­ ной, как и ее расширение, но это «разъяснение» проливает мало света на космологическую проблему. Экстраполяция в прошлое анизотропных свойств вихрей привела к выводу, что ранние стадии космологического расширения были нефридмановскими, что поновому ставит проблему взаимосвязи космогонии и космологии. То же относится и к астрофизике высоких энергий на ранних стадиях расширения.

Резюмируя состояние проблемы происхождения галактик, мож­ но считать, что в настоящее время имеются три конкурентоспособ­ ные гипотезы о природе первичных возмущений как потенциальных, вихревых и энтропийных. По-видимому, они образуют «линейнонезависимый» базис, к которому можно свести любую новую гипо­ тезу об образовании галактик. Однако уже сейчас ясно, что не все перечисленные типы возмущений равновероятно ответственны за принципиальные черты будущей теории. Богатейший материал астрофизических наблюдений существенно сужает мыслимые воз­ можности. Так, статические (энтропийные) возмущения, хотя они и возникают неизбежно при затухании других типов возмущений, по-видимому, играли подчиненную роль в образовании галактик и тем более их агломератов. Формирование галактик и их скопле­ ний можно связать с возмущениями динамического типа, т. е. с на­ чальными потенциальными или вихревыми движениями. Оконча­ тельный выбор между последними станет возможен, когда теори и будут более детализированы и надежно разойдутся в своих прин­ ципиальных следствиях.

Г. Э В О Л Ю Ц И Я Г А Л А К Т И К

Ни одна из имеющихся теорий образования галактик не смогла пока рассчитать даже для нормальных галактик их эволюцию после формирования. Рассмотрение эволюции галактик как целого много сложнее, чем эволюции отдельной звезды. Эволюция галактик со­ провождается четырьмя типами процессов: образованием звезд из межзвездного газо-пылевого вещества; изменением химического состава газа в результате его обогащения продуктами звездной эволюции; изменением физических параметров звездных и диффуз-

58

ных составляющих галактики и изменением структуры галактики Пространственного распределения звезд и межзвездной материи). Эти процессы большей частью взаимозависимы, что усугубляет сложность проблемы.

Относительно неизменными в течение эволюции галактики яв­ ляются динамические параметры ее звездных составляющих. Сле­ довательно, эти параметры, получаемые из наблюдений, содержат определенную информацию об условиях в галактике на момент ее образования. Поскольку галактики разных хаббловских типов от­ личаются, грубо говоря, различным относительным содержанием плоской и сферической звездных составляющих (см. § 1.1), то сопо­ ставление динамических параметров составляющих, которые имеют разный возраст, позволяет в принципе реконструировать динами­ ческую историю галактики. С помощью этого метода можно прийти к заключению, что в процессе превращения сжимающейся протогалактики в стационарную галактику эллиптические галактики стабилизировались при большей средней плотности, чем спиральные и тем более неправильные галактики. Существенное различие в на­ чальных плотностях связано скорее всего с различием удельных моментов вращения, минимальных у эллиптических и максималь­ ных у неправильных галактик. Скорость превращения газа в звез­ ды тем выше, чем больше начальная плотность газа [147], и это качественно объясняет, почему доля газовой составляющей галак­ тики, не превратившейся в звезды, монотонно возрастает от эллип­ тических галактик к неправильным (см. табл. 2).

Скорость звездообразования зависит не только от плотности газа, но и от его температуры и химического состава, а также, возможно, и от динамических факторов (вращения, турбулентно­ сти, магнитного поля). К сожалению, незнание этих зависимостей не позволяет пока достоверно рассчитать эволюционное изменение светимости галактики, массы ее газа, тепловой истории и химическо­ го состава, а также (что особенно важно для астрофизики высоких энергий) плотности энергии космических лучей, турбулентности, магнитного поля и поля радиации в различных спектральных интер­ валах. Вместе с тем данные о фоновом метагалактическом излуче­ нии (см. гл. 6) в принципе могут дать полезные ограничения на ха­ рактер нетеплового излучения галактик и его изменения со време­ нем. Излучение же галактик теплового происхождения, особенно

областях межгалактической среды в результате каких-либо вто­ ричных процессов (тепловой неустойчивости, сжатия газа ударными волнами, эжекции газа при взрывах в ядрах галактик). В этой

59

связи отметим, что среди компактных галактик Цвикки открыты два объекта, возраст которых, как подозревается, меньше или порядка 108 лет 1149]. Однако свидетельства в пользу молодости этих объектов далеки об убедительности.

Д . Э В О Л Ю Ц И Я С И Л Ь Н Ы Х Р А Д И О И С Т О Ч Н И К О В

В отличие от стадии обособления галактик от расширяющегося метагалактического фона, для которой пока отсутствуют прямые

мя — это объект интенсивных исследований. Информация об этой

просто поток) каждого источника. Последующий подсчет позво­ ляет получить число источников JV с потоком, большим F, как функ­ цию от величины F, Если бы источники находились в статическом

Более детальное рассмотрение показывает, что причина подоб­ ного расхождения лежит не в отличии истинной космологической модели от статической евклидовской, а обусловлена эволюцией свойств самих радиоисточников. В принципе возможны две простей­ шие формы такой эволюции: изменение со временем числа радиоис­ точников, т. е. их пространственной плотности в единице сопутст­ вующего объема, и изменение светимости источников. Конечно, речь идет об изменении с космологической эпохой среднего числа или средней светимости радиоисточников, так как время их жизни много короче космологического времени для интересующих нас красных смещений (z < 4).

Хотя наличие эволюции радиоисточников (причем не только

врадио-, но и в оптическом диапазоне [151]) сейчас не вызывает сомнений, ее количественная форма с достоверностью пока неиз­ вестна. Основная причина этого состоит в том, что лишь небольшая часть радиоисточников идентифицирована и имеет измеренные крас­ ные смещения. Поэтому очень трудно сказать, какая часть объектов

влокальной функции светимости радиоисточников (дающей прост­ ранственную плотность источников с различной светимостью в на­ стоящую эпоху) обусловлена эффектами эволюции, а какая — соб­ ственно локальной функцией светимости без эволюции. Другая трудность обусловлена тем, что эволюция источников (изменение

60