Ирина Радунская – Предчувствия и свершения. Книга 3. Единство (страница 64)

Теперь мы знаем, что средняя плотность массы реликтовых нейтрино близка к 10^-29 грамма на кубический сантиметр.

Роли вещества и нейтрино в дальнейшей эволюции Вселенной поменялись. Теперь оказалось, что главное определяют нейтрино, а обычное вещество играет подчиненную роль.

Мы знаем, что на рубеже первой секунды при температуре 1010 К средняя плотность массы Вселенной уменьшилась настолько, что нейтрино, двигавшиеся при этой температуре со скоростями, близкими к скорости света, практически перестали взаимодействовать с обычным веществом, свободно перемещаясь в расширяющемся пространстве. При этом средняя плотность массы нейтрино во Вселенной всюду одинакова, так как любое малое сгущение рассасывается за счет ухода из него более быстрых нейтрино.

По мере расширения Вселенной, а в это время оно происходит в соответствии со стандартным сценарием, то есть по Фридману, нейтрино, как и остальное вещество, непрерывно остывают, а скорость их движения соответственно убывает. Расчеты показывают, что вследствие этого в стандартном сценарии возникает новый характерный рубеж. Приблизительно через 300 лет после Большого взрыва скорость нейтрино падает настолько, что они не успевают выравнивать случайные неоднородности своего распределения в пространстве. Это значит, что выравнивание средней плотности нейтрино успело произойти только в областях, размеры которых через 300 лет после начала расширения Вселенной не превышали 300 световых лет.

Теперь, когда уменьшившаяся скорость нейтрино не позволяет им выравнивать случайные отклонения плотности в областях этих размеров, гравитационные силы начинают стягивать эти области к их центру. Астрофизики сумели вычислить, какова суммарная масса всех нейтрино, заключенных в таких областях. Она оказалась огромной, равной приблизительно 10¹⁵ солнечных масс.

Еще в середине семидесятых годов Зельдович установил, что процесс сжатия в космосе огромных масс силами тяготения оказывается неустойчивым. Хотя первоначально сила тяжести, действующая на каждую частицу, направлена к центру их масс, частицы, вопреки мнению Ньютона, не соберутся в сферическое тело. Космические структуры, образующиеся в таких условиях, оказываются сильно сплюснутыми. Зельдович назвал их блинами. Такими плоскими дисками предстает перед астрономами подавляющее большинство галактик, в том числе и наша Галактика.

Проводя эти исследования, Зельдович не ограничивался определенными частицами. Его выводы применимы и к нейтрино.

Ввиду того что исходные неоднородности, дающие начало образованию блинов, расположены хаотически, столь же хаотическим оказывается расположение блинов. Соприкасаясь между собой, они образуют незримые гигантские нейтринные соты. Между стенками сотов очень мало нейтрино и обычного вещества.

Процесс образования нейтринных сотов длится миллионы лет. Гравитация, обусловленная нейтрино, увлекает за собой и обычное вещество. Лишь фотоны, для которых Вселенная уже давно (после 3 10⁵ —5 10⁵ лет) прозрачна, продолжают расширяться вместе со Вселенной. Плотность их распределения в пространстве сохраняет однородность. Их температура постепенно уменьшается к ее современному значению 2,7 К. Вместе со Вселенной продолжают разбегаться и центры огромных масс, образующих блины: блины растягиваются, основное количество нейтрино оказывается сосредоточенным там, где соприкасаются два или три блина.

Именно в этих областях под влиянием гравитации, обусловленной нейтрино, возникают скопления обычного вещества, из которого формируются скопления галактик, галактики и звезды.

Мы знаем, что общая масса нейтрино в таком блине равна 10¹⁵ солнечных масс. А обычного вещества в нем в 30 раз меньше. Значит, количество обычного вещества, сосредоточенного здесь, составляет 3 10¹³ солнечных масс.

Эти результаты хорошо согласуются с астрономическими данными о форме и массе больших скоплений галактик. Так астрономические наблюдения еще раз подтвердили обоснованность современного сценария эволюции Вселенной и достоверность экспериментальных данных о массе покоя нейтрино.

Теперь мы готовы к рассказу о дальнейшей судьбе обычного вещества, сосредоточенного в стенках нейтринных сотов. Нейтринные стенки сотов местами утолщаются, образуя ячеисто-сетчатую структуру. В толщу вытянутых «нитевидных» элементов каркаса этой структуры погружена иерархия сверхскоплений, скоплений галактик и галактик. Между «нитями каркаса» находятся дыры — области приблизительно сферической формы, в которых практически нет обычных галактик. Средний диаметр дыр примерно в 5 раз больше толщины «нитей», образующих каркас сот.

Следующими в иерархии структур, образованных обычным веществом, являются протозвездные сгущения. В процессе гравитационного сжатия они образуют звезды. Астрономы называют эти звезды — звездами первого поколения.

Эти звезды имеют мало общего с современными звездами, состоящими из тех же химических элементов, что и Солнце и Земля. Звезды первого поколения состоят из вещества, рожденного на ранних стадиях эволюции Вселенной. А мы знаем, что в ходе стандартного сценария эволюции Вселенной смогли образоваться только самые легкие элементы: водород, гелий и в небольших количествах литий, а также их изотопы.

Итак, звезды первого поколения состояли на 3/4 из водорода и на 1/4 из гелия. Кроме того, было совсем мало тяжелого водорода — дейтерия и легкого изотопа гелия (гелий-3) и еще меньше изотопов лития.

Звезды первого поколения претерпели очень быструю эволюцию, которая для большинства из них завершилась колоссальным взрывом. Перед этим взрывом вещество звезды было сильно сжато и раскалено. В этих условиях развивались быстрые термоядерные реакции. Температура резко возрастала, возрастало и давление, вызывающее на определенном этапе взрыв звезды. Высокая плотность и огромная температура создавали условие для образования неустойчивых ядер, состоящих из восьми ядерных частиц. Сколь ни мало время жизни этих ядер, при огромной плотности к ним успевали присоединиться нейтроны, порождая устойчивые ядра из четырех протонов и пяти нейтронов. Теперь ничто не сдерживало последовательного усложнения ядер, так что в ходе короткой (в космических масштабах) жизни и взрыва звезд первого поколения рождались ядра всех известных нам химических элементов. Энергия взрыва разбрасывала их в космическом пространстве. После того как «продукты взрыва» охлаждались ниже 4000 К, новорожденные ядра присоединяли к себе электроны, образуя нейтральные атомы.

Блуждая в пространстве, эти атомы частично соединялись, образуя молекулы и пылевидные твердые частицы. Так возникали газовые и газопылевые облака.

Но эти облака не могли противостоять силам гравитации. Под воздействием гравитации плотность этих облаков увеличивалась. Сталкиваясь между собой, пылинки, молекулы и атомы разогревались. Так возникали протозвезды второго поколения. Сжимаясь, они превращались в звезды, сияющие на нашем небосводе. Большинство из них входит в состав галактик, а те в свою очередь группируются в скопления, остающиеся в пределах породивших их нейтринных блинов. Все звезды, входящие в галактики, видимые при помощи наиболее крупных телескопов и радиотелескопов, состоят из звезд второго поколения. Звезды первого поколения давно закончили свое существование. Но астрономы и сейчас видят взрывы сверхновых звезд, входящих во второе поколение. Взрывы, создающие условия для возникновения звезд следующих поколений.

Нейтрино, образующие блин, постепенно, под действием гравитации, все больше сосредоточиваются вокруг галактик. Поэтому галактики окружены незримым облаком нейтрино, масса которых приблизительно в 30 раз превышает массу обычного вещества в этой галактике. Астрофизики называют эти облака «нейтринным гало», уподобляя их видным в морозные ночи ореолам вокруг Луны.

Здесь нет места для рассказа о дальнейшей эволюции звезд второго поколения, о новых и сверхновых, нейтронных звездах — пульсарах, о квазарах, остающихся еще полными тайн. О них мы уже кое-что сказали раньше, и все сказанное там осталось неизменным, подобно тому как стандартный сценарий эволюции Вселенной не претерпел изменения в результате продвижения ученых в глубь интервала времени, лежащего между 10^-3 и 10^-43.

Для того чтобы наш рассказ не остался неполным, познакомимся с тем, что узнали ученые о будущем Вселенной.

Вероятное будущее

Сейчас невозможно точно сказать, будет ли Вселенная расширяться вечно или ее расширение прекратится Точность определения средней плотности массы Вселенной еще недостаточна для выбора одной из этих возможностей.

Если Вселенная будет расширяться неограниченно, то все звезды погаснут из-за истощения запасов ядерной энергии. В зависимости от массы звезды ее судьба может быть различной. Звезды аналогичные Солнцу через несколько миллиардов лет станут белыми карликами и будут постепенно остывать. Звезды второго поколения, более массивные, чем Солнце, превратятся в нейтронные звезды, если их масса вдвое больше массы Солнца, или в черные дыры, если их исходная масса превосходит массу Солнца более чем втрое.

Дольше других проживут самые малые звезды второго поколения, с массой меньшей, чем у Солнца. Они медленно остынут, постепенно охлаждаясь и, минуя состояние белых карликов, станут холодными черными карликами. Так, за время около 10¹⁴ лет закончится эволюция звезд.