Читать онлайн «Реликтовое излучение Вселенной»

d*d РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ФИЗИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ им. П. Н. ЛЕБЕДЕВА П. Д. Насельский Д. И. Новиков И. Д. Новиков ЕЛИКТОВОЕ В ИЗЛУЧЕНИЕ СЕЛЕННОЙ в Москва «Наука» 2003 УДК 524 ББК 22. 632 Н31 Ответственный редактор академик Н. С. КАРДАШЕВ Рецензенты: академик Ю. Н. ПАРИЙСКИЙ доктор физико-математических наук В. Н. ЛУКАШ Насельский П. Д. Реликтовое излучение Вселенной/П. Д. Насельский, Д. И. Новиков, И. Д. Новиков; Отв. ред. Н. С. Кардашев. - М. : Наука, 2003. - 390 с: ил. ISBN 5-02-006368-1 (в пер. ) Монография посвящена проблеме происхождения реликтового электромагнитного излучения, включая вопросы его спектрального распределения, анизотропии и поляризации. Сделана попытка продемонстрировать, каким образом современный аппарат теоретической физики может быть использован для исследования свойств космической плазмы и как, используя достижения астрофизики, можно расширить пределы нашего знания о таких фундаментальных явлениях природы, как гравитация, относительность и релятивизм. Для специалистов-астрофизиков. ISBN 5-02-006368-1 © Российская академия наук, 2003 © Издательство "Наука" (художественное оформление), 2003 ОГЛАВЛЕНИЕ Предисловие 7 Глава 1 НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ 13 1. 1. Введение 13 1. 2. Современные данные о спектре реликтового излучения во Вселенной 20 1. 2. 1. Электромагнитное излучение космоса 24 1. 3. Барионная фракция материи во Вселенной 37 1. 3. 1. Звезды и звёздные остатки в галактиках 37 1. 3. 2. Атомная и молекулярная газовые компоненты 38 1. 3. 3. Барионы в скоплениях галактик 38 1. 3. 4. Плазма в группах галактик 39 1. 3. 5. Массивные компактные объекты гало (МАСНО) 39 1. 3. 6. Ly-a "лес" при красных смещениях z — 3 40 1. 3. 7. Космологический нуклеосинтез и наблюдаемая распространённость лёгких химических элементов 41 1. 3. 8. Глобальные параметры современной Вселенной 48 Глава 2 КИНЕТИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ 62 2. 1. Введение 62 2. 2. Уравнение переноса излучения в расширяющейся Вселенной 63 2. 3. Обобщённое уравнение Компанейца 69 2. 4. Комптоновское искажение спектра излучения при взаимодействии с горячими электронами 71 2. 5. Релятивистская коррекция эффекта Зельдовича-Сюняева 74 2. 6. Кинематический эффект Зельдовича-Сюняева 77 2. 7. Определение #о по данным радио- и рентгеновской светимости скоплений 80 2. 8. Комптонизация при больших красных смещениях 84 Глава 3 ИОНИЗАЦИОННАЯ ИСТОРИЯ ВСЕЛЕННОЙ 90 3. 1. Неизбежность рекомбинации водорода 90 3. 2. Стандартная модель рекомбинации водорода 95 4 Оглавление 3. 3. Трёхуровневое приближение для атома водорода 96 3. 3. 1. Уравнения для заселенности уровней 98 3. 4. Качественный анализ рекомбинационных режимов 102 3. 5. Детальная теория рекомбинации. Многоуровневое приближение 104 3. 6. Численный анализ кинетики рекомбинации 11 ] 3. 7. Искажение спектра реликтового излучения в ходе космологической рекомбинации 120 3. 8. Неизбежность реионизации водорода 125 3. 9. Тип скрытой массы и детальный ионизационный баланс 127 3. 9. 1. Феноменология реионизации 129 3. 10.