Космическое число q: Эволюция виртуальных вселенных

В то время, когда возраст Вселенной составлял миллион лет, она все еще достаточно равномерно расширялась. Как же сформировались структуры и появилась та космическая картина, которую мы на данный момент замечаем? Сейчас мы можем применять компьютеры, дабы изучать «виртуальные» вселенные. В начале симуляции материя расширяется, но не совсем одинаково, в силу того, что неоднородности, отвечающие значению числа Q, заложены как часть первоначальных условий.

Основным веществом, создающим тяготение, есть «чёрная материя» – частицы, оставшиеся от начальной эры развития Вселенной, каковые чуть ли когда-либо сталкивались между собой, но испытывают действие тяготения. Если вы начнёте брать среднее значение из все более и более больших объемов, то Вселенная на ранней стадии будет казаться все более гладкой. Это указывает, что, если бы тяготение было единственной настоящей силой, первыми сформировались детали мелкого масштаба. Космические структуры формируются иерархически. Первыми сгустились облака чёрной материи на субгалактическом уровне. Они развились в объекты, по массе равные галактикам, каковые позднее сформировали скопления. Тяготению потребовалось больше времени, дабы развернуть вспять расширение в более больших масштабах.

Но это иерархическое объединение в группы само по себе ведет к чёрной и стерильной вселенной. «Закваска&какое количество; для вселенной – это атомы. Их общая масса значительно меньше массы чёрной материи, они пассивно движутся по Вселенной, создавая разреженный газ, который испытывает на себе притяжение чёрной материи. Но все, что мы на данный момент замечаем, зависит от этого газа.

Он ведет себя более сложно, чем чёрная материя, в силу того, что тяготение – это не единственная сила, которая на него действует. Газ испытывает на себе притяжение, но в один момент он испытывает и давление. Это давление не разрешает притяжению затолкать газ в весьма мелкие сгустки чёрной материи. Первые сформировавшиеся сгущения газа – те самые, каковые стали «первым светом», положившим конец космической чёрной эре, – были, как следствие, в миллион раз тяжелее звезд. Компьютерные программы, применяемые чтобы проследить движение газа, похожи на те, которыми пользуются авиационные инженеры, дабы изучать потоки воздуха, появляющиеся около крыльев и проходящие через турбины. Такие расчеты считаются достаточно надежными, дабы заменить проверки в аэродинамической трубе, но однако вычислить, что же происходит в этих сжимающихся туч, значительно тяжелее, и никому пока не удалось создать модель, которая начиналось бы с одного облака, а заканчивалась популяцией звезд (В последние годы такие расчеты появились. – Прим. авт.). Облако, в которого содержится газ, равный по массе миллионам Солнц, может распасться на миллион отдельных звезд, таких, как Солнце, либо на меньшее количество объектов, бо?льших по массе. Облако кроме того может остаться единым целым и сжаться до одной суперзвезды либо квазара.

Эти первые объекты сформировались, в то время, когда возраст Вселенной составлял всего пара сотен миллионов лет – пара процентов от ее сегодняшнего возраста. К тому времени, как Вселенная достигла 1 млрд лет, появились структуры размером с галактику, у каждой из них был свой комплект звезд, и удерживались они совместно не только собственным тяготением, но и посредством чёрной материи, которая сформировала «рои» в десять раза больше и тяжелее. Газ продолжает падать вовнутрь этих объектов и остывать. Если они вращаются, то газ преобразовывается в диск и сгущается в звезды, тем самым начиная процесс переработки, который синтезирует и распространяет все элементы периодической системы Менделеева.

Компьютерные модели, каковые показывают данный процесс хотя бы в неотёсанном приближении, возможно прокручивать, как фильмы, ускоряя расширение Вселенной и развитие галактик приблизительно в 1016 раз если сравнивать с настоящими событиями! На рисунке 8.1 продемонстрированы шесть кадров из таковой симуляции.

Как и отдельные галактики, скопления и сверхскопления появились в следствии тяготения. Сравнительно не так давно сформированные галактики не распространялись совсем однородно – в некоторых местах их было больше, чем в других. С продолжением расширения районы, где находились излишки массы, испытывали дополнительное замедление, исходя из этого галактики в этих районах в итоге оказались расположены более хорошо, чем в среднем.

Как мы можем проверить, отражает ли виртуальная вселенная события, случившиеся в нашей настоящей Вселенной? Модель обязана имитировать замечаемые характеристики сегодняшних галактик – их обычные размеры и формы, пропорции спиральных галактик и пропорции эллиптических, и то, как они объединяются в скопления. Но требуется сделать кроме того больше: модель обязана соответствовать тем «моментальным снимкам», каковые показывают нам, как смотрелись галактики в прошлом и как они объединялись в скопления.

Рис. 8.1. Шесть кадров компьютерной модели, показывающей, как начинается структурарасширяющейся вселенной. На этих рисунках мы не показываем общее расширение, исходя из этого кубы остаются одного и того же размера. Первоначально зарождающаяся структура складывается из фактически неотличимых неоднородностей. На протяжении расширения районы с большей плотностью все больше отстают от других. Расхождение плотности все возрастает, и в итоге формируются удерживаемые тяготением структуры. Они сливаются совместно, создавая галактики, – это нужно как условие нашего собственного появления.

Как уже говорилось раньше, на данный момент до нас доходит свет от самых отдаленных галактик, каковые телескопы нового поколения смогут найти и проанализировать. Данный свет покинул галактики, в то время, когда те только-только были сформированы, и они выглядят не так, как современные галактики. Нет ничего, что напоминает устойчиво вращающиеся диски, и лишь часть составляющего их газа уже превратилась в звезды. Большая часть таких галактик малы по размеру: потребуются предстоящие объединения и «каннибализм» со стороны главных галактик, дабы получились большие образования, каковые мы видим сейчас.

В качестве побочного продукта образования ранних звезд происходит еще что-то занимательное. Некоторая часть газа попадает в центр скопления частиц чёрной материи, притягивается собственным тяготением и формирует «суперзвезду», которая более чем в миллион раз тяжелее простой. Столь громадный объект светит так ярко, что его ядерного горючего хватает ненадолго. Жизнь данной звезды кончается не взрывом, а сжатием, из-за которого формируется черная дыра. Так, в то время, когда начинается формирование галактик, пространство «протыкается» такими дырами. Газ продолжает в них течь, высвобождая энергию более замечательную, чем энергия света всей другой галактики.

Такие объекты именуют «квазарами» либо «активными ядрами галактик», и они увлекательны по двум обстоятельствам. Во-первых, они светят бросче, чем сами галактики, и так делают роль прожекторов, освещающих отдаленные части Вселенной. Спектр светящегося облака газа квазара дает нам убедительные информацию о количестве дейтерия, что есть, как мы уже видели, серьёзной проверкой теории Большого взрыва. Во-вторых, квазары предоставляют нам значительные доказательства ОТО (Общая теория относительности) Эйнштейна. Энергия, которую они излучают, исходит от материи, которая вращается весьма близко к черной дыре, а быть может, и от самой вращающейся дыры. Нет никакого шанса взять настоящее изображение потока, – это будет, пожалуй, кроме того более тяжёлой задачей, чем взять снимок землеподобной планеты, обращающейся около другой звезды, – но исходящее от него излучение имеет красное смещение из-за сильной гравитации (и оно, конечно же, добавляется к простому космологическому красному смещению). Кроме этого будут находиться громадные доплеровские смещения, появляющиеся из-за высокой скорости, с которой газ вращается около дыры (в красную часть спектра на той стороне, которая удаляется; в светло синий часть – для газа, который приближается иначе). Благодаря прогнозируемому движению и гравитационным полям мы можем проверить, имеют ли черные дыры (The Black Hole) в действительности те самые свойства, каковые предсказывает теория Эйнштейна.