Раздел 3. Основные концепции современной космологии.

Глава 3.1. Основные принципы современной космологии.

Космос – это все, что находится за пределами земли.

Вселенная эта та часть космоса, которая доступна изучению и наблюдению в настоящий момент.

Основные принципы:

1. Фундаментальные законы физики действуют во всей вселенной.

2. Результаты, полученные при исследовании одной части вселенной могут распространяться и на другие ее части.

3. Гипотезы, выдвигаемые космологией не должны противоречить возможности существования самого наблюдателя.

Глава 3.2. Концепция расширяющейся вселенной и модель «Большого взрыва»

Многолетние наблюдения за звездами показали, что они постоянно удаляются от нас, т.е. Вселенная расширяется.

3.2.1. Концепция «большого взрыва». 30 Скорость расширения Вселенной, характер реликтового космического излучения, а также изменение концентрации ядер водорода в доступных изучению областях Вселенной позволяют сделать вывод, что около 18 млрд. лет назад все вещество и энергия современной Вселенной были сконцентрированы в сгустке с плотностью

выше и температурой порядка К. Радиационное давление внутри сгустка привело к гигантскому взрыву, при котором составляющие его частицы с гигантской скоростью устремились в сторону друг от друга. Эти составляющие части сгустка и образовали галактики. Дальнейшее развитие Вселенной возможно по 2 моделям. Ее расширение будет бесконечно, если масса вещества Вселенной меньше некой относительной величины, названной критической. Если масса Вселенной больше критической, то силы гравитации приведут к замедлению расширения, а затем к новому сжатию, т.е. вновь образуется сгусток, готовый к новому взрыву.

В зависимости от результатов исследований предпочтение отдается то одной ,то другой модели. В конце 20-го века большей популярностью среди ученых пользовалась 2-ая модель развития, т.е. мы живем в пульсирующей Вселенной с периодом порядка 80 млрд. лет.

3.2.2. современные взгляды на происхождение и эволюцию звезд и солнца. Через 0,01 секунду после начала большого взрыва создалась смесь легких ядер водорода и гелия, которые быстро распространились в межзвездном пространстве. В результате флуктуаций плотность этого межзвездного вещества в некоторых зонах превысила критическое значение, равное 1000 солнечных масс. В результате плотность вещества, повышаясь до критического значения, может создать гравитационное сжатие, которое может достичь такого уровня, что из этой области не будет ни отражения, ни излучения (черная дыра). Последующее сжатие приводит к ядерным реакциям, происходит взрыв, и газовое облако, массой больше 1000 солнечных, распадается на большое число меньших облаков. При этом выделяется значительная энергия, в том числе и световая. «Черная дыра» превращается в «белую». Образовавшиеся газовые облака вновь сжимаются под действием гравитации, часть газа при этом конденсируется в пылевые частицы. Потенциальная энергия этих частиц переходит в кинетическую энергию, температура повышается, и в протозвезде начинаются термоядерные реакции превращения водорода в гелий. Различают два основных типа звезд: «звезды «населения 1», близкие по массе нашему солнцу и содержащие в исходной газопылевой смеси кроме водорода и гелия до 2% тяжелых ядер, обеспечивающих дальнейший синтез более тяжелых элементов;

«звезды населения 2», значительно превышающие 1.4 массы солнца в исходном составе которых нет тяжелых элементов, но которые образуются на поздних стадиях развития этих звезд и тем самым обеспечивают наличие этих элементов во Вселенной и в звездах 1-го типа.

Когда интенсивность термоядерных реакций уравновесит силы тяготения, звезда стабилизируется и приходит в то состояние, в котором пройдет 9/10 ее жизни, постепенно сжигая водород.

Солнце образовалось около 4,5 млрд. лет назад. В этом стабильном состоянии оно будет находиться еще около 5 млрд. лет. Когда водород в центре звезды будет исчерпан, ее температура повысится, а сама звезда сожмется, и начнется выгорание гелия. Дальнейшая эволюция звезд имеет 2 пути:

1.Для звезд , масса которых меньше 1,4 массы Солнца. При этом выделение энергии виде тепла и света возрастает одновременно с расширением газа до 200-300 диаметров звезды, что приведет к образованию красного гиганта, который сожжет и поглотит планеты. Эта стадия продлится около 10 млн. лет. Светимость и выделение энергии будут уменьшаться с периодическими выбросами вещества звезды в пространство. Звезда последовательно превращается сначала в “новую” звезду, затем в «красного гиганта», «белого карлика», «красного карлика» и «черного карлика», т.е. в плотный холодный комочек пепла.

2. Для звезд, масса которых больше 1,4 массы Солнца. Вместо фазы “новой” звезды происходит гигантский взрыв и звездное вещество разбрасывается в пространстве, являясь источником тяжелых ядер для новых звездных систем.