Космос. Теория большого взрыва, теория инфляции, теория эволюции крупномасштабных структур. Звезды и галактики

1.

КОСМОС

2.

Теория Большого взрыва
Теория Большого взрыва это теория первичного нуклеосинтеза. Отвечает на
вопрос: каким образом образовались химические элементы и почему
распространённость их именно такая, какая сейчас наблюдается. Зиждется на
экстраполяции законов ядерной и квантовой физики, в предположении, что
при движении в прошлое, средняя энергия частиц (температура) возрастает
Граница применимости: зона сингулярности.
Доказательства: предсказание и находка реликтового излучения,
современные значения энтропии.

3.

Теория инфляции,
модель расширяющийся Вселенной
Основная идея инфляционной стадии — если скалярное поле,
вести называемое инфлантоном, воздействие которого велико на
начальных стадиях (начиная, примерно с 10−42с), но быстро убывает
со временем, то можно объяснить плоскую геометрию пространства,
хаббловское расширение же становится движением по инерции
благодаря большой кинетической энергии, накопленной в ходе
инфляции, а происхождение из малой изначально причинносвязанной области объясняет однородность и изотропность
Вселенной
Модель
расширяющейся
Вселенной описывает сам факт
расширения. В общем случае не
рассматривается, когда и почему
Вселенная начала расширяться. В
основе большинства моделей
лежит ОТО и её геометрический
взгляд на природу гравитации.

4.

Теория эволюции крупномасштабных
структур
Основная гипотеза говорит о иерархическом укрупнении структур
Как
показывают
данные
по
реликтовому
фону,
в
момент
отделения излучения от вещества
Вселенная
была
фактически
однородна,
флуктуации
вещества
были
крайне
малыми,
и
это
представляет собой значительную
проблему.
Вторая
проблема
—
ячеистая структура сверхскоплений
галактик
и
одновременно
сфероподобная
—
у
скоплений
меньших размеров. Любая теория,
пытающаяся
объяснить
происхождение
крупномасштабной
структуры Вселенной, в обязательном
порядке должна решить эти две
проблемы
(а
также
верно
смоделировать морфологию галактик).

5.

Вселенная возникла 13,77 ± 0,059
млрд лет назад из некоторого
начального
«сингулярного»
состояния и с тех пор непрерывно
расширяется
и
охлаждается.
Согласно
известным
ограничениям по применимости
современных физических теорий,
наиболее
ранним
моментом,
допускающим
описание,
считается момент Планковской
эпохи с температурой примерно
1032 К (Планковская температура)
и плотностью около 1093 г/см³
(Планковская плотность).
Ранняя Вселенная представляла
собой высокооднородную среду с
необычайно высокой плотностью
энергии,
температурой
и
давлением.
В
результате
расширения и охлаждения во
Вселенной произошли фазовые
переходы,
аналогичные
конденсации жидкости из газа, но
применительно к элементарным
частицам.

6.

7.

Измерение космических расстояний:
Астрономическая единица
1 астрономическая единица = 149,5 миллиона километров
Точное значение АЕ:
149 597 870 700 метров

8.

Измерение космических расстояний: Световой год
внесистемная единица длины, равная расстоянию, проходимому светом за
один год, что равняется 9 460 800 000 000 километров
(точное значение 9 460 730 472 580 800 метров).
До края нашей вселенной 4,57·1010 световых лет

9.

Измерение космических расстояний: Парсек
Для расстояний, измеренных параллактическим методом, была введена
специальная единица длины — парсек (от параллактическая секунда, пк). В
одном парсеке содержится 206 265 астрономических единиц, или 3,26
светового года. Именно с такой дистанции радиус земной орбиты (1
астрономическая единица = 149,5 миллиона километров) виден под углом в
1 секунду.

10.

Измерение космических расстояний:
Красное смещение

11. ЗВЕЗДЫ

12.

13.

14.

ГАЛАКТИКИ
Галактика
—
гравитационносвязанная
система
из
звёзд,
межзвёздного газа, пыли и тёмной
материи. Все объекты в составе
галактик участвуют в движении
относительно общего центра масс.
Туманность Андромеды
Магеллановы облака:
Большое
Малое

15.

Галактики отличаются большим разнообразием: среди них можно выделить
сфероподобные эллиптические галактики, дисковые спиральные галактики,
галактики с перемычкой (баром), карликовые, неправильные и т. д. Если же
говорить о числовых значениях, то, к примеру, их масса варьируется от 107
до 1012 масс Солнца

16.

НАША ГАЛАКТИКА (МЛЕЧНЫЙ ПУТЬ)
Диаметр
Галактики
составляет порядка 100 000
световых
лет
при
оценочной
средней
толщине порядка 1000
световых лет. Галактика
содержит, по самой низкой
оценке,
порядка
300
миллиардов
звёзд.
Основная
масса
звёзд
расположена в
форме
плоского диска. Большая
часть массы Галактики
содержится не в звёздах и
межзвёздном газе, а в
несветящемся
гало
из
тёмной материи.

17.

18.

19.

20.

Кусочек сверхскопления Ланиакея в супергалактической экваториальной
плоскости. Цвета символизируют плотность: красный - высокие плотности
материи, синей - пустоты. Индивидуальные галактики показаны в виде белых
точек.

21.

Панорама небосвода в коротковолновых ИК-лучах — положение
Великого Аттрактора (Great Attractor) указано длинной голубой
стрелкой из правого нижнего угла изображения

22.

23.

Войд – пространство между галактическими нитями и стенами,
свободное от скоплений галактик и звёзд. Они были впервые
обнаружены в 1977 году. Размеры этих образований составляют
порядка 10-30 Мпк. Большие войды (англ. supervoids) могут
достигать в размерах 150 Мпк и предположительно занимают около
50% объёма Вселенной. В войдах возможно наличие «тёмной
материи» и протогалактических облаков.

24.

25.

ЧЕРНЫЕ ДЫРЫ
Чёрная дыра — область в пространстве-времени, гравитационное притяжение
которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со
скоростью света (в том числе и кванты самого света).
Граница этой области называется
горизонтом
событий,
а
её
характерный
размер
—
гравитационным радиусом
Теоремы об «отсутствии волос» у
чёрной дыры (англ. No hair theorem)
говорят о том, что у стационарной
чёрной дыры внешних характеристик,
помимо массы, момента импульса и
определённых
зарядов
(специфических
для
различных
материальных полей), быть не может,
и детальная информация о материи
будет потеряна (и частично излучена
вовне) при коллапсе.

26.

OJ 287 — лацертида в созвездии Рака. В ее центре находится самая
массивная чёрная дыра
Лацерти́ды — мощные источники
электромагнитного излучения в ядрах
некоторых галактик, ассоциирующиеся
со сверхмассивными чёрными дырами.
OJ 287 представляет собой бинарную
систему чёрных дыр, бо́льшая из которых
имеет массу равную 18 миллиардам масс
Солнца, фактически массу небольшой
галактики. Меньший компаньон весит как 100
миллионов масс Солнца. Период его
обращения составляет 12 лет. Лацертида
находится относительно близко к Млечному
Пути, расстояние до Земли составляет 3,5
млрд. световых лет

27.

КВАЗАРЫ
Квазар (англ. quasar — сокращение от QUASi
stellAR radio source — «квазизвёздный
радиоисточник») — класс внегалактических
объектов,
отличающихся
очень
высокой
светимостью и настолько малым угловым
размером, что в течение нескольких лет после
открытия их не удавалось отличить от «точечных
источников» — звёзд.
Квазар — это яркий объект в центре галактики,
который производит примерно в 10 триллионов
раз больше энергии в секунду, чем наше Солнце, и
чье излучение очень изменчиво во всех
диапазонах длин волн
На сегодня известно более 195 000 квазаров
По одной из теорий, квазары представляют
собой галактики на начальном этапе развития, в
которых
сверхмассивная
чёрная
дыра
поглощает окружающее вещество

28.

Ближайший и наиболее яркий квазар (3C
273) имеет блеск около 13m и красное
смещение z = 0,158 (что соответствует
расстоянию около 2 млрд световых лет).
Самые далёкие квазары, благодаря своей
гигантской светимости, превосходящей в
сотни раз светимость обычных галактик,
регистрируются
с
помощью
радиотелескопов на расстоянии более 10
млрд
световых
лет.
Нерегулярная
переменность блеска квазаров на
временных масштабах менее суток
указывает на то, что область генерации их
излучения
имеет
малый
размер,
сравнимый с размером Солнечной
системы.

29.

Аккре́ция
(лат.
accrētiō
«приращение,
увеличение»
от
accrēscere «прирастать») — процесс
падения вещества на космическое
тело из окружающего пространства.
Для неподвижной относительно тела
газовой среды аккреция сферически
симметрична., но бывают условия,
когда возникает аккреционный диск
Релятивистские струи, джеты (англ.
jet) — струи плазмы, вырывающиеся
из
центров
(ядер)
таких
астрономических объектов как
активные галактики, квазары и
радиогалактики.
Обычно у объекта наблюдается две
струи,
направленные
в
противоположные стороны.

30.

Пульсары
Пульсар — космический источник
радио-, оптического, рентгеновского,
гамма- излучений, приходящих на
Землю в виде периодических
всплесков (импульсов).
Несколько позже были открыты источники
периодического
рентгеновского
излучения,
названные рентгеновскими пульсарами. Как и
радио, рентгеновские пульсары являются сильно
замагниченными нейтронными звёздами. В
отличие от радиопульсаров, расходующих
собственную энергию вращения на излучение,
рентгеновские пульсары излучают за счёт
аккреции вещества звезды-соседа.
Результаты
наблюдений
несколько
месяцев хранились в тайне, а первому
открытому пульсару присвоили имя LGM1 (сокр. от Little Green Men — маленькие
зелёные человечки). Такое название было
связано с предположением, что эти
строго
периодические
импульсы
радиоизлучения имеют искусственное
происхождение. Но вскоре астрофизики
пришли к общему мнению, что пульсар,
точнее радиопульсар, представляет собой
нейтронную звезду. Она испускает
узконаправленные
потоки
радиоизлучения, и в результате вращения
нейтронной звезды поток попадает в
поле зрения внешнего наблюдателя
через равные промежутки времени — так
образуются импульсы пульсара.

31. СОЛНЕЧНАЯ СИСТЕМА

Центральным объектом Солнечной системы является Солнце — жёлтая звезда главной
последовательности спектрального класса G2V. В Солнце сосредоточена подавляющая часть всей
массы системы (около 99,866 %), оно удерживает своим тяготением планеты и прочие тела,
принадлежащие к Солнечной системе. Четыре крупнейших объекта — газовые гиганты,
составляют 99 % оставшейся массы (при том, что большая часть приходится на Юпитер и Сатурн
— около 90 %).
Все планеты и большинство других объектов обращаются вокруг Солнца в одном направлении с
вращением Солнца (против часовой стрелки, если смотреть со стороны северного полюса
Солнца). Самой большой угловой скоростью обладает Меркурий — он успевает совершить
полный оборот вокруг Солнца всего за 88 земных суток. А для самой удалённой планеты —
Нептуна — период обращения составляет 165 земных лет.

32.

Облако Оорта — гипотетическая сферическая область
Солнечной
системы,
служащая
источником
долгопериодических
комет.
Инструментально
существование облака Оорта не подтверждено, однако
многие
косвенные
факты
указывают
на
его
существование.
Предполагаемое расстояние до внешних границ облака
Оорта от Солнца составляет от 50 000 до 100 000 а. е. —
примерно световой год.
В 1951 году Койпер высказал
гипотезу о существовании наряду с
облаком
Оорта
еще
одного
резервуара комет. Первый объект
пояса Койпера, расположенный на
расстоянии 41 а.е., был открыт в
1992 году. Его назвали 1992QB1. В
настоящее время открыто более
400 подобных объектов, размеры
которых превышают
200 км,
находящихся далеко за орбитой
Нептуна
и
Плутона.
По
современным оценкам, в поясе
Койпера до 35 000 объектов
размерами свыше 100 км, а общая
численность тел, по расчетам
специалистов,
оценивается
в
несколько
миллиардов.
Следовательно,
пояс
Койпера
имеет полную массу, в сотни раз
большую, чем пояс астероидов
между орбитами Марса и Юпитера.
Объектов
пояса
Койпера
на
расстоянии, превышающем 100
а.е., не найдено..

33.

34.

Спрайт

35.

Литература