крупномасштабная структура вселенной

КРУПНОМАСШТАБНАЯ СТРУКТУРА ВСЕЛЕННОЙ - термин, введённый для обозначения строения Вселенной в масштабах от неск. Мпк до нсск. сотен Мпк (в первую очередь пространственного распределения галактик, их скоплений и сверхскоплений; рис.).

Изучение пространственного распределения галактик - трёхмерного крупномасштабного строения Вселенной - стало возможным благодаря совр. достижениям внегалактич. астрономии в массовом определении расстояний до далёких галактик. В осн. методе оценки расстояний до очень далёких объектов (галактик и их скоплений) используются измерение скорости удаления галактики (по Доплера эффекту)и Хаббла закон где v - скорость галактики вдоль луча зрения, r - расстояние до галактики, Н₀ - постоянная Хаббла. Совр. астр. измерения H₀ дают значения от 50 до 100 км/(с*Мпк). Для учёта неопределённости значения Н₀ вводят безразмерный параметр так что Н₀= км/(с*Мпк). Этот метод определения расстояний до галактик обладает принципиальными недостатками: 1) абс. значения расстояний содержат неопределённый множитель 2) отклонения в движении галактик от закона Хабола, связанные с существованием неоднородностей, вносят искажения в оценку расстояний. Первая погрешность влияет лишь на общий масштаб К. с. В., не искажая её пропорций, вторая - приводит к нек-рой деформации структуры, наиб. ярко проявляясь в видимом растяжении богатых скоплений галактик вдоль луча зрения, тем большем, чем выше скорости галактик, находящихся в гравитац. поле скопления.

Среди скоплений галактик особый класс составляют т. н. богатые, или эйбелловские, скопления, названные по имени Дж. Эйбелла (G. О. Abell), составившего их первый каталог. Они имеют размеры в неск. Мнк и представляют собой наиб. плотные сгущения галактик во Вселенной. В центр. областях наиб. компактных скоплений концентрация галактик превосходит Мпк^-3, что превышает ср. концентрацию галактик во Вселенной более чем в 10⁴ раз. Известно ок. 3000 богатых скоплений галактик.

Сверхскопления галактик имеют большие размеры (20-100 h^-1 Мпк), но концентрация галактик в них существенно меньше. Они, как правило, сильно анизотропны (отношение осей до 1 : 10), состоят из неск. богатых скоплений, соединённых перемычками из отд. галактик. Выделено около десятка сверхскоплений, среди к-рых есть сплюснутые, как Местное сверхскопление, в к-ром расположена наша Галактика ,и вытянутые, как сверхскопленис в созвездиях Персея - Рыб. Сверхскопления не обладают чёткими границами, они непрерывно переходят одно в другое, образуя единую связную структуру, к-рую наз. сетчатой или ячеистой. Между сверхскоплениями обнаружены гигантские "чёрные области", достигающие 100 h^-1 Мпк в поперечнике, в к-рых галактики практически отсутствуют. В масштабах, превышающих неск. сотен Мпк, Вселенная практически однородна.

Для статистич. оценки однородностей распределения галактик в разных масштабах используют корреляц. ф-ции, из к-рых наиб. распространение получила двухточечная корреляц. ф-ция определяемая соотношением

где dP - вероятность найти галактику в малом объёме на расстоянии г от выбранной наугад др. галактики, - средняя пространственная концентрация галактик. Ф-ция построенная на основе данных о пространственном распределении неск. тысяч ближайших галактик, имеет примерно степенной вид в диапазоне от Мпк до Мпк; в больших масштабах определяется ненадёжно из-за относит. возрастания ошибок.

Другая корреляц. ф-ция рассчитанная по распределению примерно полутора сотен ближайших богатых скоплений галактик, тоже имеет примерно степенной вид в диапазоне расстояний от Мпк до Мпк: Корреляц. анализ показывает, что во вселенной существует закономерность (определ. масштаб) в распределении галактик и, что существенно, в распределении скоплений галактик также существует свой масштаб.

Изучение вращения спиральных галактик, распределения скоростей галактик в скоплениях и сверхскоплениях показало, что большая часть (возможно до 90%) полной массы Вселенной невидима и обнаруживается лишь по гравитац. воздействию на наблюдаемые объекты. Это - т. н. скрытая масса Вселенной. Оставшаяся доля массы приходится на массу барионов (нуклонов), из к-рых состоит вещество звёзд. Носителями скрытой массы могут быть слабовзаимодействующие частицы, обладающие отличной от нуля массой (вероятные кандидаты - нейтрино, фотино, аксион и т. п.).

Теории образования К. с. В. основываются на привлечении к--н. механизма усиления первичных (космологических) неоднородностей плотности вещества Вселенной (см. Адиабатические флуктуации), наиб. вероятным из к-рых является гравитационная неустойчивость. Среди др. механизмов рассматривается также взрывной процесс - воздействие на вещество Вселенной взрывов большого числа сверхновых звёзд первого поколения.

Гравитац. неустойчивость на стадии образования К. с. В. может проявляться в разл. формах в зависимости от вида спектра малых неоднородностей плотности, характерного для предшествующей стадии. В одном крайнем случае гравитац. неустойчивость приводит к иерархич. скучиванию вещества, в другом - к его фрагментации.

Процесс иерархич. скучивания протекает в том случае, если нач. возмущения плотности имеют сравнимые амплитуды как в масштабах сверхскоплений (для масс так и в масштабах галактик и, возможно, в ещё меньших масштабах - вплоть до 10⁶ M_Q (здесь M_Q - масса Солнца). В этом случае первыми возникают наим. массивные объекты.

Распределение галактик в северном галактическом небе (по Э. Гроту, П. Пиблсу и др.), полученное с помощью компьютера. Окружность - галактический экватор, с которым совпадает плоскость Галактики. При приближении к экватору видимая плотность галактик падает, что связано с возрастающей непрозрачностью диска Галактики.

Под действием сил взаимного притяжения они сближаются и последовательно образуют все более крупные объекты вплоть до сверхскоплений галактик (эскалация масштабов).

Процесс фрагментации возможен, если по к--л. причинам в спектре нач. возмущений диссипируют неоднородности в масштабах менее 10¹⁵ как это, напр., имеет место в модели нейтринной Вселенной, в к-рой осн. масса приходится на космологич. нейтрино (предполагается, что нейтрино имеют массу -100 эВ). В модели фрагментации первыми возникают сгущения вещества с Мпричём они имеют характерную форму "блинов" - сильно сплюснутых газовых облаков повышенной плотности. С течением времени "блины" разрастаются и смыкаются друг с другом, образуя связную ячеистую структуру. Образование галактик в этой модели связано с дроблением (фрагментацией) "блинов" на части.

Если осн. доля массы Вселенной приходилась на слабовзаимодействующие релятивистские частицы (нейтрино или др.), то ведущим фактором в образовании К. с. В. являлся рост возмущений в распределении этих частиц. К сгусткам газа релятивистских частиц под действием сил тяготения подтягивалось обычное вещество (барионы). Как в иерархич. модели, так и в модели фрагментации предполагается, что галактики образовались из неоднородностей барионной компоненты и осн. роль при этом играли газодинамич. и тепловые процессы.

Наблюдаемая К. с. В. не получила исчерпывающего объяснения ни в одной из предложенных теорий, хотя качественно лучше согласуется с картиной фрагментации, естественно объясняющей анизотропию и связность сверхсконлений, а также существование "чёрных областей". Возможно, что в природе осуществлялся нек-рый промежуточный вариант.

Тесная связь процесса образования К. с. В. с типом элементарных частиц, доминирующих в ср. плотности Вселенной в эпоху образования К. с. В., позволяет использовать изучение К. с. В. для исследований ряда физ. свойств этих частиц, пока не осуществимых в совр. лабораториях. Так, космологич. данные ограничивают массу всех типов стабильных нейтрино и антинейтрино величиной

Лит.: Шандарин С. Ф., Дорошкевич А. Г., Зельдович Я. Б., Крупномасштабная структура Вселенной, "УФН", 1983, т. 139, с. 83; Пиблс Ф. Дж. Э., Структура Вселенной в больших масштабах, пер. с англ., М., 1983; Ооrt J. H., Superclusters, "Ann. Rev. Astron. Astropfys.", 1983. v. 21, p. 373. С. Ф. Шандарин.

   <<      Предметный указатель      >>