Возникновение Вселенной и ее эволюция

Вселенная образовалась в результате Большого Взрыва примерно 13,7 млрд. лет из особого возбужденного вакуумподобного состояния, обладающего большой размерностью и большой плотностью энергии (космологической сингулярности типа диска). В таком состоянии возникают сильнейшее напряжения и отрицательные давления, вызывающие стремительное расширение сингулярности и генерацию материи внутрь нее. При разрыве и уходе в бесконечность трех действительных пространственных координат и одной мнимой координаты (времени) возникло четырехмерное пространство-время. Остальные координаты остались свернутыми в трубочки толщиной около 10 ^-33 см. С точки зрения математики пространства с четырьмя измерениями обладают наибольшим числом особенностей. Комментарий: по-видимому, материя в таком псевдоэвклидовом четырехмерном мире обладает наибольшим числом возможных способов распределения в пространстве в каждый момент времени.

Следующая, инфляционная стадия раздувания Вселенной началась, с момента 10^-43 сек, и продолжалась, до 10^-35 сек. В ходе Большого Взрыва, т.е. космологического расширения, возмущения метрики спонтанно рождались параметрическим образом из вакуумных флуктуаций. Скалярная мода возмущения метрики привела к космологическому возмущению плотности и образованию галактик, векторная мода - обеспечила вихревое движение вещества, тензорная мода возмущения метрики породила гравитационные волны. За это время Вселенная увеличилась более чем в (10¹⁰)⁵ раз, и достигла размера порядка современного радиуса 10²⁸ см. Единое взаимодействие расщепилось сначала на гравитационное, затем на сильное и электрослабое, которое разделилось на электромагнитное и слабое. Температура начала убывать обратно пропорционально квадратному корню из времени.

Стадия горячей Вселенной началась с эры адронов при температуре 10¹² К, плотности 10¹⁴ г/см ³ и длилась 10^-4 сек, было равновесие между частицами и античастицами, остались барионы (протоны и нейтроны), мезоны, античастицы пропали, т.к. их оказалось меньше, возникла барионная асимметрия Вселенной(преобладание вещества над антивеществом). Из равновесия с гамма-излучением вышли последовательно гипероны, нуклоны, мезоны. Именно из них и возникла вещественная Вселенная.

В эре лептонов при температуре большей10¹⁰ и меньшей 10¹² К и плотности меньшей 10¹⁴ и большей 10 ⁴ г/см³ в течении времени меньше 10 сек и больше 10^-4 сек вымирают электрон-позитронные пары, Через 0,2 сек остаются реликтовые нейтрино существующие до настоящего времени.(пока не обнаружены экспериментально).

В эре фотонов спустя примерно 300 000 лет при температуре меньшей 10¹⁰ К и большей 3000 К и плотности меньшей 10⁴ г/см³ и большей 10 ²¹ г/см³ образуются атомы, свет (фотоны) отделяется от вещества (на каждый атом во Вселенной приходится 1млрд. реликтовых фотонов).

Последняя стадия пылевой Вселенной включает звездную эру, которая началась спустя 1 млн. лет после Большого Взрыва при температурах меньше 3000 К и плотностях меньших 10 ^–21 г/см³. Тяготение стало сжимать первичные газовые сгустки с массой порядка 10⁵ масс Солнца в плоские тела («блины») с массой 10¹³ масс Солнца, из которых образовались галактики (звездные скопления). Вспыхнули звезды первого поколения галактик.

рис 2.23. Эволюция Вселенной после Большого Взрыва.

Характеристика Галактики как звездного скопления и её эволюция

Наша Галактика (Млечный Путь) – обширная звездная система, содержащая 10¹¹ звезд, к которой принадлежит и наше Солнце. Звезды движутся практически без столкновений. Форма Галактики напоминает две сложенные тарелки. По своей структуре Галактика является эллиптической со спиральными рукавами. Большая часть звезд образует диск, меньшая часть гало сферической формы. В центре диска имеется утолщение (балдж), внутри которого ядро Галактики. Солнце находится в дисковой составляющей на расстоянии 8 килопарсек от центра Галактики, примерно 2/3 радиуса, в коротационном торе (в стационарной области, где дифференциальная скорость вращения звезд вокруг галактического центра совпадает со скорость вращения Галактики как целого).

Характеристики Галактики: Диаметр10²¹м ≈ 3 10 ⁴световых лет, плотность в ядре 5 10⁶ звезд/килопарсек³, Плотность в окрестности Солнца 1/8 звезд/ килопарсек³, Линейная скорость вращения 220-250 км/сек в окрестности Солнца. Период вращения 240-250 млн./лет – галактический год. Видимая масса Галактики составляет10¹¹ масс Солнца. Масса Солнца =1,99 10³⁰ кг. (1 парсек = 3,263 световых года = 3,086 10¹⁶ метра)

Галактический центр находится в созвездии Стрельца, невидим в оптическом диапазоне. Является радиоисточником. Около центра источники инфракрасного излучения. Галактический центр – также источник непрерывного рентгеновского излучения с энергией квантов в диапазоне 1 килоэлектронвольт – 1 Мегаэлектронвольт. Предполагают, что в центре Галактики находится массивная черная дыра. Ближайшей галактикой к нашей, является галактика Туманность Андромеды, которая движется к нашей Галактике.

Солнце.

Солнце (желтый карлик класса G4 находится на главной последовательности) – звезда представляет собой газовый шар в состоянии плазмы («горячий огонь»). Под действием тяготения Солнце стремиться сжаться. Сжатию препятствует давление газа, возникающее из-за высокой температуры. Источником энергии Солнца является термоядерная реакция горения ядер водорода и превращения четырех протонов в одно ядро гелия в центральной области Солнца.

Характеристики Солнца: радиус 7 10⁸ м, масса 2 10³⁰ кг, плотность 1,4 г/см ³, температура поверхности 5800 ^оК, излучаемая мощность (светимость) 4 10¹⁸ Мвт. Химический состав: водород 74%, гелий 24%, углерод, азот, кислород, неон 3%, Возраст 5 10⁹ лет.

Теоретические значения в центре Солнца: температура 13 10⁶ К, плотность 98 г / см ³, давление 2 10¹¹ атмосфер.

Эволюция Солнца. Наша звезда Солнце – звезда третьего поколения Галактики образовалась в результате вспышки Сверхновой на краю спирального рукава Ориона Галактики, вдоль которого располагаются скопления молодых звезд и облака межзвездного газа и пыли.

Когда Солнце достигнет возраста 9 млрд. лет термоядерная реакция горения водорода в центре Солнца прекращается. Водород в центре Солнца превратится в гелий, и образуется гелиевого ядро. Водород горит только в тонкой оболочке. Ядро сжимается, оболочка расширяется, желтая звезда Солнце превращается в красного гиганта размером с орбиту Марса за время 0,5 млрд лет. Затем начинает гореть гелий, превращаясь в углерод в течении 5 10⁷ лет. Вся оболочка сбрасывается, и красный гигант превращается в медленно остывающего белого карлика - конечную стадию эволюции звезд данного класса. Со временем светимость Солнца возрастает на 1 % на каждые 100 млн. лет.

Ближайшей к Солнцу звездой класса G4 является ( Центавра А) находящаяся на расстоянии 1,32 парсека = 4,307 световых года = 4,0735 10¹⁶ км.