Основы космологии. Теория большого взрыва.

ОСНОВЫ КОСМОЛОГИИ

ТЕОРИЯ БОЛЬШОГО ВЗРЫВА

Календарь событий	Космическое время (отсчёт от БВ)
Большой взрыв (БВ). Начало зарождения (расширения) Вселенной. Т = 1011К	0 сек.
Аннигиляция протон-антипротонных, электрон-позитронных пар.  +  = g-квант	1 сек. после БВ
Ядерный синтез гелия и дейтерия	1 мин после БВ
Т = 109 К	3 мин
Возникновение макровещества во Вселенной	10 тыс. лет
Образование галактик	1-2 млрд. лет
Сжатие протогалактик, образование звёзд	4 млрд. лет
Образование солнечной системы	15 млрд. лет
Образование Земли	16 млрд. лет
Зарождение микроорганизмов	17 млрд. лет

По разным оценкам ученых возраст Вселенной составляет от 13,7 до 21 млрд. лет.

Возраст Земли  – 4,5-4,7 млрд.лет.

Возраст Солнца – 5 млрд.

Проблемы теории Большого взрыва

1.  Что было до Большого взрыва?

2.  Возможно ли возвращение мира в исходное состояние?

Сингулярность – точка, из которой началось расширение Вселенной

КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ

·  Длинноволновое радиоизлучение

·  Реликтовое радиоизлучение (остывшее излучение, Т=3-4 К) – следствие БВ; a и b - излучение

·  Инфракрасное и оптическое излучение

·  Мягкое и жёсткое рентгеновское излучение

·  g-излучение.

СОСТАВ ВЕЩЕСТВА ВСЕЛЕННОЙ

1. Ядра водорода – 90%;
2. Ядра гелия ⁴₂He – 7%;
3. Электроны – 1%.
4. Ядра других химических элементов – 2%.

ЭВОЛЮЦИЯ ЗВЁЗД

1.  Под действием гравитации ядра водорода сгущаются и начинается термоядерный синтез. Температура повышается. Происходит сублимация – превращение вещества из газообразного в твёрдое и появляется жёлтый карлик (Солнце находится в этой стадии!).

2.  Далее водород, подпитывающий горение звёзд, истрачивается, образуется газовое облако вокруг твердой оболочки, происходит расширение границ звезды, образуется красный гигант, у звезды есть возможность светить второй дубль за счет выгорания гелия, образованного в результате термоядерного синтеза из ядер водорода (и уже имеющихся при уплотнении газового облака межзвездных ядер гелия).

3.  Сгорание водорода и гелия до конца способствует переходу в состояние смерти. В зависимости от массы (она у звёзд разная):

3.1.  Остаток звезды = 1,4 m_солнца – предел Чандрасекара – остаток звезды коллапсирует, превращается в белый карлик, но сила, действующая между некоторыми элементарными частицами останавливает коллапс.

3.2.  m_звезды > 1,4 m_солнца  – остатки звезды сжимаются до тех пор, пока силы между нейтронами не остановят сжатие. Образуется нейтронная звезда (пульсар) – практически невидимая материя, которая определяется только испусканием электромагнитных волн.

3.3.  m_звезды > 2-3 m_солнца – образуется Чёрная дыра.

Чёрная дыра –

1.  Звезда, упавшая сама на себя

2.  Звезда в конечной стадии, сильно сжатая в результате гравитации

Чёрные дыры – конечная стадия эволюции звёзд (массивных)

- сверхмассивные чёрные дыры в центре большинства галактик (в центре нашей галактики возле созвездия Стрельца лежит объект > 1 светового года, m » 2,5 млн. m_Солнца - Чёрная дыра, - поэтому всё кружится вокруг центра галактики)

Радиус Шварцшильда – радиус Чёрной дыры

1 световой год – расстояние, проходимое лучом света (V = 300 тыс. км/с) за один земной год

1 галактический год = 270 млн. лет

1 а.е. (астрономическая единица) = 150 млн. км – расстояние от Земли до Солнца

МОДЕЛИ ВСЕЛЕННОЙ

1.  модель открытой   

Вселенной

 

0

r критическая

2.  модель плоской Вселенной

3.  модель закрытой

Вселенной

1.  Современная модель Вселенной. Идёт остывание, светимость уменьшается, звёзды умирают, параллельные прямые скрещиваются

2.  Модель плоской Вселенной. Выполняется евклидовость – параллельные прямые не пересекаются

3.  Модель закрытой Вселенной. Идёт к сужению, придёт к большому схлапыванию под действием гравитации, параллельные прямые пересекаются

ВИДЫ ГАЛАКТИК

ü  Спиральные – галактики, представляющие из себя ядро со спирально закручивающимися длинными ветвями (их достаточно много), на которых расположены молодые звезды (наша галактика – Млечный путь считается спиральной гигантской).

ü  Эллиптические – галактики, представляющие из себя ядро с немногочисленными закручивающимися короткими ветвями, на которых расположены старые звезды (кроме того такие галактики бывают и в форме круга).

ü  Линзовидные имеют ядро, окруженное диском, но без спиральной структуры.

ü  Неправильные не относятся ни к одному виду (Магеллановы облака).

НАША ГАЛАКТИКА

·  Называется  «Млечный путь»

·  Является спиральной

·  Состоит из 150 млрд. звёзд

·  Размер – 100 тыс. световых лет

·  Имеет в центре кандидата в чёрную дыру

·  Ближайшие к нам галактики – туманность Андромеды, Магеллановы облака, Большая и Малая Медведицы, Кассиопея

·  Возраст Земли – 4,5 – 4,7 млрд. лет

·  Возраст Солнца – 5 млрд. лет

·  Расстояние до центра нашей галактики – 8 кПк

·  Диаметр галактики – 30 кПк

ТЁМНАЯ МАТЕРИЯ. ТЁМНАЯ ЭНЕРГИЯ

Тёмная материя – скрытая масса, форма невидимого вещества, не испускает электромагнитные волны. Включает в себя нейтрино – горячую тёмную материю, движущуюся со скоростью, стремящейся к скорости света. В 1 см³ – 300 нейтрино

Тёмная энергия выполняет функцию антитяготения, превышает гравитацию

Барионное вещество – неизвестные массивные слабовзаимодействующие частицы (VIMP), содержит фотино, гравитино, аксионы

ЗАКОН ХАББЛА

(закон расширение Вселенной)

- зависимость между расстоянием D до галактики и её лучевой скоростью V, определяемой с помощью эффекта Доплера

H – постоянная Хаббла = 60-80 км/(сМПк)

[Пк] – парсек – расстояние = 3,26 световых лет

По этому закону расширяется всё, не связанное гравитационными силами (т.е. под этим действием не расширяются планеты, звёзды и т.п.)

Исходя из этой модели, const может изменяться!

ПЛАНЕТЫ СОЛНЕЧНОЙ СИСТЕМЫ

От Солнца по порядку:

·  Меркурий (делает полный оборот вокруг Солнца за 88 земных суток)

·  Венера (атмосфера на этой планете убийственна из-за парникового эффекта, t=480°C, r=5 г/см³)

·  Земля

·  Марс (делает полный оборот вокруг Солнца за 686 земных суток, r=3,9 г/см³, температура колеблется от -140°С до +20°С)

·  Юпитер (r=1,3 г/см³)

·  Сатурн

·  Уран

·  Нептун

·  Плутон

Первые 4 планеты относятся к планетам земной группы, их можно видеть невооруженным глазом.

Все планеты находятся в одной плоскости и движутся в одном направлении против часовой стрелки, исключениями являются Венера и Уран.

Юпитер, Сатурн, Нептун, Уран являются газовыми гигантами.

Пояс Койпера – пояс, состоящий из кометоподобных тел, вращающихся вокруг Солнца; начинается от орбиты Нептуна (от 30 а.е. до 100 а.е.), открыт в 1992 году.

Облако Оорта – периферия солнечной системы, здесь кометы вращаются вокруг Солнца на расстоянии больше одного светового года (от 30000 а.е до 100000 а.е.)

Облако Оорта + пояс Койпера = резервуары комет, астероидов, метеороидов

Планетарная туманность – туманность вокруг одной планеты в форме кольца или эллипса,.. предпоследняя стадия жизни