Введение к работе
Актуальность работы
Тема диссертационной работы посвящена вопросам, находящимся на стыке космологии и физики элементарных частиц. Современные теоретические предсказания физики элементарных частиц (Теорий Великого Объединения взаимодействий GUT и теории Суперструн) большей своей частью относятся к диапазону энергий, еще долгое время недостижимых даже для самых мощных ускорителей. Представления о структуре и симметрии пространства, строении материи связывают макрокосмос и микромир. Поэтому, изучая раннюю Вселенную, где эффекты указанных выше теорий не являются исчезающе малыми, можно делать некоторые заключения относительно различных вариантов современных теорий физики элементарных частиц.
Одним из методов изучения ранних этапов эволюции Вселенной является метод, основанный на анализе спектров самых мощных из известных в настоящий момент в природе источников энерговыделения - квазаров. Абсорбционный спектр квазара, формирующийся в процессе распространения света от квазара к наблюдателю, по существу является пространственно-временной фотографией Вселенной. Абсорбционные детали спектра, сформировавшиеся 10-12 млрд. лет назад, дают представление о физических условиях, существовавших на стадиях развития молодой Вселенной, возраст которой составлял менее 10% от его современного значения, равного приблизительно 14 млрд. лет.
Данные, получаемые из анализа спектров квазаров, позволяют определять.какими были значения фундаментальных физических констант 10-12 млрд. лет назад.
Каждая теория имеет набор базовых (фундаментальных) параметров, основываясь на которых записываются законы физики. Теории великого объединения CUT (SUSY (JUT), теории г.упсрструн включают в себя классическую схему современной стандартной физики: сильное, слабое, электромагнитное взаимодействия, плюс-гравитация - как единое целое и в рамках концепции объединении рассматривают константы связи соответствующих теорий как различные модификации одной фундаментальной константы ыщ'Т- В рамках данных теорий привычные фундаментальные константы меняются не только с энергией взаимодействия (что надежно подтверждено экспериментом [2, 5]), но и с космологическим временем. Па последнюю возможность впервые указал ііирак в 19.47 г. [11].
Об особой актуальности этой проблемы говорит тот факт, что в последнее время появился ряд работ [10, 15, 19], где обнаружены чффекты, которые могли бы быть интерпретированы как изменение фундаментальных физических констант.
Цель работы
Данная диссертация посвящена анализу абсорбционных спектров квазаров с целью изучения физических условий на ранних стадиях эволюции Вселенной и космологических проявлений современных теорий физики элементарных частиц — исследованию возможного космологического изменения фундаментальных физических констант:
а — е3 /he - постоянной тонкой структуры,
д = те/тр — отношения масс электрона и протона,
характеризующих силу электромагнитного и ядерного взаимодействий, соответственно.
Научная новизна
a. Впервые на 6-метровом Телескопе САО РАН получены аб
сорбционные спектры квазаров (V ~ 1G"1) с высоким спек
тральным разрешением FWHM < 0.2А. Спектры получены
как в режиме ''одного порядка", с незначительно меняющейся
вдоль порядка чувствительностью, так и в режиме "эшелле-
спектра", покрывающего существенно больший диапазон длин
волн. Наличие цифровых спектров, снятых разными мето
дами, позволило в процессе их обработки сформулировать
конкретные критерии и специальные методики спектрально
го анализа, которых необходимо придерживаться для получе
ния адекватной информации об относительном расщеплении
дублета Si IV.
b. Полученные пределы на скорости космологического измене
ния фундаментальных физических констант являются более
жесткими, чем результаты последних лабораторных измерений и результаты астрономических измерений, проводившихся недавно на 10-метровом Кек Телескопе (США). Предел на скорость изменения постоянной тонкой структуры а в -шоху z= 1-4 является консервативным и наиболее надежным на сегодняшний день. Предел на скорость изменения отношения масс электрона и протона ft является наиболее жестким»к настоящему моменту.
Основные положения, выносимые на защиту:
1. Разработка критериев отбора дублетов тонкого расщепления
для их использования при решении сформулированной задачи.
2. а. Результаты наблюдений спектров высокого разрешения
(FWHM < 25км/с) слабых объектов (V > 15.8"'), квазаров HS 19/,6+76, S5 001/,+81, S/, 0636+68. полученных на С-метровом телескопе САО РАН.
Ь. Результаты обработки спектра высокого разрешения квазара PKS 0528-250, полученного на 4-метровом телескопе межамериканской обсерватории в Сьеро-Тололо.
-
Определение предела на скорость возможного космологического изменения постоянной тонкой структуры путем анализа величины тонкого расщепления дублета Si IV (Ао = 1393.755 А и 1402.770 А) в спектрах далеких квазаров.
-
Определение предела на скорость возможного изменения отношения масс, электрона и протона путем анализа члектронно-колебательно-вращательных абсорбционных линий ІЬ в спектре квазара PKS 0528-250.
Научная и практическая ценность
a. Полученные пределы на скорость возможного изменения <у и //
служат жесткими критериями отбора вариантов теории, пред
сказывающих изменение констант во времени.
b. Разработанная методика обработки спектров позволяет ре
шать другие задачи метрологического характера при наблю
дении слабых объектов.
Г)
Апробация
Результаты работы, представленной в диссертации, неоднократно докладывались на семинарах сектора теоретической астрофизики ФТИ им. А.Ф. Иоффе РАН, на семинарах института Макса Планка в Гарчинге 1995, а также на конференции "Релятивистская астрофизика и космология", (Копенгаген, 1996); на И Международной Саха-ровской конференции по физике, (Москва, 1996); на XIV конференции "Актуальные проблемы внегалактической астрономии", (Пушино. 1997); на 3 Международной конференции по космомикрофизике "КОСМИ()Н-97'\ (Москва, 1997); на Общемосковском астрономическом семинаре ГАИШ (МГУ; Москва, 1998).
Работа [1] (из списка "Публикации по теме диссертации") вошла и цикл работ, удостоенных Главной Премии МАИК "НАУКА" за лучшие публикации в области естественных наук в журналах, издаваемых "Международным Академическим Издательством "НАУКА" в 199(5 г.
Структура и объем диссертации