Глава 1 

(Наблюдательные основы современой космологи)

МИР ГАЛАКТИК

В хорошо иследовоной область пространства на ростояниях до 1500 Мпк находится несколько милиардов звездных систем - галактик. Таким образом наблюдаемая область Вселеной (ее называют также Метагалактекой)- это прежде всего мир галактик. Большество галактик входит в состав груп и скоплений, содержаших десятки, сотни и тысечи членов. Наша Галактика принадлежит к Местной групе галактик, края в свою очередь примыкают к скоплению галактик с центром в направлений созвездия Девы. Скопления галактик в Деве содержит около 1500 челенов и имеет разме >> 3 Мпк растаяние до него >> 20 Мпк. Место расположений нашей галактики таково, что распределени ближайших галактик выгледет анизитропным (это геомитрическая фигура)

- с ярко выражиным превышиным кол. галактик в направление Девы по сровнению с числом галактик, наблюдаемых в противоположном направлений. Однако анизотопия изчезает по мере перехода к подсчету все более слабых и, следовательно, все более далеких галактик.

С целью выяснений закономерностей пространственого распредиления галактик пройзводились подсчеты чесла галактик в разных направлениях на небесной сфере и до разной "глубины" , т. е. до все больших видимых звездных вельчин. Согласно наблюдениям, для галактики слабее 14-й звездной велечины и вплоть до предельно слабых галактик, доступна современым телескопам (ок. 25 m) свойствено однородное пространственое распределение. Вовсяком случай в объемах характерным размерам ~ 100 Мпк, где содержатся много скоплений галактик ср. плотность r вещества ("размазоного" вещества галактики) практически совпадает со средним значением р по всему иследованому пространству-объем с радиусом в несколько тыс. Мпк (>> 3. 10-31 г/см3 с возможной погрешностю в несколько раз ту или другую сторону).

Кроме вещества, образуешего звезды и галактики, в Метагалактеке есть др. виды вещества и излучения: нейтральной и ионизированый газ (прежде всего в скоплениях галактик, а так же между скоплениями) пыль косм. газы и лучи, слабые маг. поля, очень важным компоненто явл. т. п.

Вклад этих видов вещества и излучения в общею плотность энергий незначителен. Нейзвестен вклад в плотность энергий технических видов материй, к-рые слабо взаймодействуют с обычным веществом и, следовательно, трудно поддаются обнаружению. Особено важным было бы установление плотность энергий нейтроно (безмассовых и или обладаюших массой покоя, а так же гравитационые волн. В межгал. пространстве могут присутствовать так же другие, еще не обнаружины или дажи пока нейзвестные виды материй.

Однородность разпредиления всех видов материй в Метагалактики подтверждаются подсчетами далеких радиоисточников (они равномерно заполняют пространство), малостю пекулярныха, (т. е. случайным за вычетом систематических) скоростей галактик, не входяших в групу и скопление, изотропией рентгн. фонового излучения, к-рое представляет собой излучение множиства дискретных источников. Наконец, найболие удивительно свидетильствует о крупномаштабной однородность вещества и гравитац. поля высокая степинь изотропий реликтового гамма излучения(радио).

Опираясь на эксперементально установленую однородность пространственого распредиление скоплений галлактик и др. видов вещиства и излучение, К. расматривает Метагалактику как сплошную среду имеишию однородною плотность, по вельчине не меньшую, чем плотность "размазаного" вещества галактик. Такое представление о крупномаштабной общей структуры Всилеонной пригодно, по крайни мере, в качестве первого приблежения.

Глава 2

(нестационарность Вселеной)   На нестационарность окружаишиго мира указывает эволюция звезд и звездных скоплений, процессы типа взрывов и истичение вещества из звезд и ядер галактик. Нестационарность наблюдаемой часть Всиленой проявляется в ее расширений, что установлено по систиматич. движению далеких галактик.

Спектр. линий в спектрах далеких галактик смещины по сравнению с положением тех же линий, получиных в лабараторных условиях на Земле, к красному концу спектра. Относительное изминения длины в спектр. линии 

z=(I-I0)/0

0-лабараторная длина волны,

 I-длина волны на смещеной линии в спектре далекой  галактики. Значение z достигает 3,5 для далеких квазаров. Красное смищение спект. линий объесняется Эффктом Доплера, обусловлинным движение источника света в направ. от наблядателя. При скорости источника света v<< с относительное изменения чистоты z>> v/с. Т.о., по измериному z можна опредильть лучивую скорость удаления ("разбегание") галактик. Красное  смишение, наблядаемое в спекторах всех далеких галактик для всех направлений на небе, указывает, что галактики удаляются от нашой и от друг друга. Это движение явл. основным, обшим. На него накладываются малые случайные (пекулярные) движение отдельных галактик. 

Расширение 

(нестационарность)

Метавалактики было надежно установлено после того как американ. астраномом Э. Хаббл

в 1929 г. вывел из даных наблюдений, закон ~ между величиной z и растоянием до далекой галактики r. 

z=H.r/c

отсюда следует что, чем дальше разположшна галактика, тем большей радиальной (лучевой ) скорость она движится: 

v=H.r

Кофф. порпоциональность Н называется 'постоянной Хаббла'.

Значение Н не зависит от направления на небесной сфере и от растояния до галактики. По моим сравониям велилечина Н равна от 50 до 100км/с х 1Мпк. Обратная величена имеет размерность времини и и равна t 

H = 1/H >> 10-20 млирд. лет. 

(закон 1) 

Порпоциональность логорифма скорость удаления галактик lg v= lg (cDI/l) их видимой звездной величине m=M+5lgr-5,

где М - абс. звездная виличина, r- растояние до галактик, v и с в км/с.

(закон 2)

проверин для большого числа галактик, включая самые далекие из наблюдаемых. 

(закон 3)

более точно выполняются не для одельных галактик, а для их скопления, т. к. при этом усредняются случайные скорости отдельных галактик скопления

Диспресия скоростей галактик может достигать 1000 км/с, однако центр скоплений и групп галактик, а также инвидидуальные галактики, не входящей в группы и скопления, подчиняются  закону (3) с точностю >> 15%. Случаиные скорость, дополнительные к общему хаббалвскому расширению, не превышають у них, вероятно, 52-106 км/с. 

Единствиным обнаружиным пока систематич движение галактик Местной группы в направлении скопления галактик в Деве со скоростю (650 плус-минус 50) км/с. 

Важным наблюдаемым фактом явл. отсутствий зависимость постояной Хаббла Н от угловых переменых и от r. Изотропией расширения, т.е. независимость наблюдаемой картины расширение от направления на небесной сфери, расматривамая сама по себе, означает сферич. симметрию с центром в точки наблюдения. Отсутствие зависимость Н от r означает большее- одинаковость наблюдаемой картины в разных точках наблюдения, т.е. однородность Вселеной. Положение земного наблюдателя ничем не выделено. Наблюдатель может находится на одной из удаляюшихся галактик, и для него закон расширения будет описоватся в ф-лой представленой выше. Действительно, переход к движушийсю системи координат с центром в точке А пройзводится по ф-лам: r' = r - r;

A, v' = v -v;

A . Относительно новой (штриховоной) системы закон выше имеет вид 

v' = v - v

А = Hr - Hr

А = Hr', т. е. прежний вид   v = Hr'. 

Отсутствие выдиленных направлений на небесной сфере особено надежно потверждаются изотропи-ей темп-ры реликтового радиоизлучения. Фотоны реликтового излучения, приходя к нам, покрывают расстояния, в неск. раз прывышаюшие расстояния до далеких галактик, и при этом темп-ра излучения, опрделенная для разных направлений, окзывается одинаковой с точностью до десятой доли %.

Следует отметить, что смещение z, опредиляемое ф-лой выше, имеет физ. смысл при сколь угодно больших z, однако ему можно сопостовлять скорость удаления v и согласно равенству z = v/c только при малых v/с и z, т. е. когда можно принебречи z2 по сравнению с z. При z полизуватся ф-лой z=v/c нелизя.

НАПРИМЕР: нек-рые  из квазоров имеют z>2. Розумееится это не значит что они удаляются от нас со скоростью >2c. Согласно специ. теорий относительности, z стримится к бесконечности при стримлении скорости источника к скорости света. При больших соотношениях z сказывается также гравитационое смишения спектр. линий, обусловлено гравитац. полем вещества на пути следования света от источнка к наблюдателю. Полное описания явления красного смещения дает релятивистская К.

     

Глави 3

(реликтовое радиоизлучения)

Микроволновое фоновое излучения Всиленной, которое называется также реликтовым излучением, было открыто в 1965 или 1968 точно не помню амереканским учеными астра. Пензиасом и Редвардом Вильсаном. От излучения звезд, галактик и др. астрономичиских источников реликтового излучения отличается двумя важнейшими св-вами: угловой изотропией, т. е. одинаковои интенсивностью от всех участков неба, и планковской (равновесной) формой спектра. Его темп-ра Т>>3К. Для К. важен как сам факт существования фонового радиоизлучения, так и возможность

 исследованя с его помощу физ. процессов во Вселенной и ее структуры.

Спектор реликтового излучения хорошо изучен в диапазоне длин волн 3мм до 21 см. Интенсивность реликтового излучения в этом диапазоне не завитит от направления на небесной сфере с точ. до десятой доли % (угловая изотропия излучения). Данные об угловой изотропии несколько различаются в зависимости от рассматривомого углового масштаба. В мелких масштабах (от 3 до 150') существую лишь ограничения на возможиною антианизатропию в виде неравенства dТ/Т < 10-4 (где dТ - отклонения темп-ры от равновесного значения Т) в маштабе >> 30о dТ/Т < (3-5). 10-4. Наконец, в больших угловых масштабах обнаружина слабая диапольная антиизоропия на уровне dT/T 10-3. Это различие темпиратур однозначно интерипитируются как результат движения солн. системы относительно фона реликтового излучения с v>>420 км/с. Темп-ра реликтового излучения, идущего из область на небесной сфери, в направлений к-рой давижится Солнце, несколько выше ср. значения, а из диаметрально противо положной области неба -  несколько ниже. Обнаружины даже годовые вариации темп-ра, связаные с движеним Земли вокруг Солнца.

Плотность энергии равновесного реликтового излучения составляет 5. 10-13 эрг/см3. Излучение с такима характиристиками не может быть излучением звезд с термоядерными источниками энергий или множества дискретных источников (квазыров и тд.), находяхшиеся на космологич. расстояниях. В то же время интерпретация этого излучения как сохранившегося от предшествуюшей плотной и горячей стадии развития Метагалактики (по этой причине оно и было названо реликтовым) явл. совершенно естесвеной и согласуется с др. экспериментальным и теоритич. свединиями. Плановский характер спектора фонового излучения согласуется с выводом о его реликтовом происхождении, поскольку в процессе расширения Всселеной излучение со спектором, перво начально соотвествовавшим закону Планка, остается панковским, уменьшаеться лишь его темп-ра. Если R(t) характизует размер к.-л. большого расширяющегося объема Метагалактики, то плотность энергий излучения падает с расширением порпорционально R-4, поскольку уменьшивается ср. концентрация фотонов (~R-3) и энергия (чистота) каждого из них (~R-1). Темп-ра излучения убывает, как:

T~R-1

На ранних стадиях расширения Вселеной, в эпоху высоких темп-ра, не существовало нейтральных атомов и малекул, т.к. энергия фотонов и теплового движения частиц превышала энергию связи  атомов и малекул. По этой причини вещество в целом находилось в состояний плазмы, и равновесный спектр 

реликтового излучения сформировалось благодоря взаимодействию излучения с плазмой. Когда темп-ра плазмы и излучения снизилась до 4000 К, фотоны реликтового излучения уже ни могли ионизовать атомы. Электроны присоединялись к ядрам атомов, и вещество в массе своей стало нейтральным. С этого периода, к-рый соответствует z=z r>>1400-1500, фотоны реликтового излучения приктически свободно. Огромная величина свободного пробега фотонов реликтового излучения (миллиарды световых лет от акта их последнего рассеяния) явл. причиной по, к-ро оно стало эффективным средством исследованя крупно масштабной структуры Вселеной.