Читать «Знание - сила, 1998 № 05(851)» онлайн - страница 62

На начальной стадии роста возмущений плотности Вселенную заполняет высокотемпературная плазма из электронов, протонов, небольшой примеси нейтронов, фотонов, и, как теперь выясняется, из некоторого невидимого, «скрытого» вещества. Носитель скрытой массы Вселенной пока неизвестен, хотя наиболее вероятным кандидатом на эту роль считаются гипотетические элементарные частицы аксионы, предсказанные физиками как необходимый элемент при объяснении сохранения четности в ядерных взаимодействиях. Пока аксионы нс обнаружены в эксперименте.

Картина эволюции возмущений плотности в многокомпонентной плазме весьма сложна. Расширяющаяся Вселенная сначала так мала, что возмущения плотности своим размером превосходят так называемый горизонт — размер причинно связанных областей мира: «голова» возмущения еще не знает о существовании своего «хвоста». Но в некоторый момент размер Вселенной становится так велик, что охватывает возмущение целиком и оно начинает жить, как обыкновенное колебание плотности газа, то есть как звуковая волна. Правда, со временем, как любой звук, волна плотности затухает. Но, с другой стороны, гравитация вызывает рост уплотнений. В борьбе этих сил рождается структура Вселенной.

Возмущения в невидимом веществе растут быстрее, поскольку оно почти не взаимодействуете другими формами материи. В обычном же веществе, состоящем из протонов и электронов, продолжают действовать механизмы затухания, поэтому возмущения плотности в нем почти не растут. Однако через несколько миллионов лет после начала расширения Вселенной обычное вещество охлаждается настолько, что из ионизованной плазмы становится нейтральным газом. Давление в нем падает, упругость уменьшается, и оно готово подчиниться гравитационной силе. К этому моменту в невидимом веществе возмущения успели вырасти в сотни раз, в нем образовалась структура, и обычное вещество просто «падает» в уже сформировавшиеся потенциальные «ямы». После этого невидимое и обычное вещество уже не расстаются: доступное нашему взору обычное вещество всегда обрисовывает структуры, в основном сложенные невидимой материей.

Чем ближе к нашей эпохе, тем сильнее перепады плотности в соседних областях Вселенной. Хотя в целом Вселенная расширяется и ее средняя плотность падает, в местах с пониженной плотностью она падает быстрее, а более плотные области расширяются медленнее — контраст плотности возрастает. В некоторых местах сила тяготения вообще останавливает расширение и меняет его на сжатие.

Из-за случайных движений вещества сжатие не может происходить равномерно по всем направлениям: в каком-нибудь из них оно всегда происходит быстрее. Поэтому в первую очередь образуются тонкие слои повышенной плотности — космологи называют их «блинами», а между ними — пустоты. Затем сжатие этих двухмерных блинов продолжается вдоль одного из их направлений, и внутри блинов образуются одномерные структуры, подобные нитям, после этого сжатие идет по единственному оставшемуся направлению, и вдоль нитей образуются комки вещества высокой плотности — будущие скопления галактик. Но «блины» и «нити» не исчезают бесследно: они еще долго просматриваются в структуре Вселенной и сравнительно легко выявляются при подсчете галактик.