www.ASTROLAB.ru

ASTROLAB.ruВселеннаяАнизотропия реликтового излучения как индикатор ранней Вселенной ( Часть 2 )
ГлоссарийФото космосаИнтернет магазинКосмос видео



Анизотропия реликтового излучения как индикатор ранней Вселенной ( Часть 2 )
Версия для печати

Таким образом, для разных направлений на небе, соответствующих флуктуациям интенсивности реликтового излучения на поверхности последнего рассеяния, должны возникать вариации уровня сигнала. Их величину принято называть уровнем угловой анизотропии реликтового излучения. Эта анизотропия "замораживается" в спектре излучения в эпоху рекомбинации водорода и сохраняется вплоть до настоящего момента времени, а механизм ее генерации, обусловленный рассеянием квантов на движущемся веществе, кратко называют Доплер-эффектом.

Помимо анизотропии, формируемой неоднородностями поверхности последнего рассеяния, существенную роль в формировании картины распределения интенсивности реликтового излучения на небе играет гравитационное смещение частоты квантов в процессе их распространения от эпохи рекомбинации водорода к наблюдателю. Проходя через зоны повышенной и пониженной плотности, которым соответствуют неоднородности гравитационного потенциала, кванты излучения испытывают "синее смещение", при входе в зону повышенной плотности, и - "красное смещение" - при выходе.

Влияние Доплер-эффекта и гравитационного смещения разделены естественным образом. Первый существенен в масштабах L<200 Мпс, (соответствующий угловой диапазон q<1° ), второй при L>200 Мпс (q >1°).

Таким образом, масштабы, соответствующие наблюдаемой в настоящее время крупномасштабной структуре в распределении вещества, формируют анизотропию реликтового излучения на малых углах под воздействием рассеяния квантов на движущемся веществе. В угловых масштабах больше 1° ( и L>200 Мпс) неоднородности во Вселенной еще не успели сформировать какую бы то ни было структуру - необходимо "подождать" определенный промежуток времени, превышающий современный возраст Вселенной в десятки раз, чтобы и в этих масштабах возникли новые формы самоорганизации вещества

Задача описания характеристики угловой анизотропии реликтового излучения на небесной сфере раздваивается:
- теоретики анализируют различные варианты поведения спектра анизотропии, с учетом деталей процесса переноса квантов в слабо неоднородной Вселенной, типа догалактических флуктуаций, динамики рекомбинации водорода и т.п.

Экспериментаторы, в свою очередь, пытаются измерить анизотропию температуры реликтового излучения на небесной сфере и подтвердить, либо опровергнуть предсказания теории.

На протяжении почти 30 лет эта своеобразное соревнование с неизменным успехом выигрывали теоретики - предсказываемый уровень анизотропии оказывался существенно ниже порога чувствительности радиотелескопов. Нужно заметить, однако, что такое отставание возможностей эксперимента от предсказаний теории не доставляло удовлетворения ни той, ни другой "командам". Ведь чем больше разрыв между теорией и экспериментом, тем дальше мы находимся от создания реалистической теории строения и эволюции Вселенной. На протяжении почти тридцати лет эксперимент давал лишь верхние ограничения на уровень анизотропии, однако по-прежнему оставался без ответа вопрос - есть ли она вообще?

Отдавая дань истории, нельзя не упомянуть выдающегося вклада в развитие экспериментальных исследований анизотропии реликтового излучения советских радиоастрономов, и прежде всего - групп Ю.Н. Парийского (РАТАН-600) и И.Н. Струкова (ИКИ). Вплоть до 1985 года эти две группы задавали тон в исследованиях реликтового излучения, реализовав проекты "Холод" на крупнейшем наземном телескопе РАТАН-600 и проект "Реликт" на спутнике серии "Прогноз". К сожалению, как в первом, так и втором проектах достигнутый уровень чувствительности оказался примерно в 2-3 раза ниже, чем требуемый для регистрации сигнала. Однако опыт борьбы с шумами и дискретными источниками помех космического происхождения оказался весьма важен для последующий наземных и спутниковых экспериментов.

С 1992 года, после запуска американского спутника СОВЕ, о котором уже шла речь несколько раньше, ситуация в экспериментальной радиоастрономии изменилась радикальным образом. Установленный на СОВЕ радиометр ДМР обнаружил анизотропию реликтового излучения в угловых масштабах q >7°. Четырехлетняя программа наблюдений закончилась полным успехом - была построена детальная карта распределения анизотропии реликтового излучения на небесной сфере. По этим картам был рассчитан спектр анизотропии, который прекрасно согласовывался с теоретическими предсказаниями. Практически в это же время были успешно завершены измерения спектра анизотропии и в диапазоне Доплеровского пика, выполненные независимо более, чем десятью группами.

Какой же главный вывод следует из сравнения предсказаний теории и эксперимента?

Прежде всего, мы получили надежное подтверждение справедливости представлений о динамике космической плазмы в расширяющейся Вселенной и существовании неравновесных начальных флуктуаций, гравитационная неустойчивость которых привела к формированию галактик и скоплений галактик.

Кроме того, мы удостоверились, что физические законы, открытые в земных условиях, прекрасно работают и в космических масштабах - вывод, значимость которого, может быть, даже более высока, чем решение локальных проблем астрофизики.

Наконец, мы получили возможность заглянуть в самое сердце термоядерного котла ранней Вселенной, имея количественные характеристики неравновесных флуктуаций (амплитуду и спектр), а, следовательно, и ограничения на физические процессы, приводящие к появлению этих флуктуаций.

Фактически, анизотропия реликтового излучения перебросила своеобразный мостик между микро- и макрофизикой, стимулируя развитие новых направлений физики частиц высоких энергий и высокотемпературной плазмы.

Но, по-видимому, самый главный вывод, вытекающий из почти 70-ти летних исследований свойств космического пространства, заключается в том, что природа создала уникальный "прибор" познания самой себя - Человека, который силой своей мысли проникает в самые глубины строения микро и макрокосмоса. Воистину, пути природы неисповедимы!






??????.???????