Введение к работе
-3-
Актуальность проблемы
Фундаментальные исследования' окружающего нас физического мира продолжают оставаться основой, научного мировоззрении. В ряду таких исследований далеко не ио-следьее место принадлежит астрофизике (см. Зельдович, Новиков, 1975). Огромный, потенциал астрофизической науки постепенно становится вне конкуренции но сравнению с другими способами изучения все более глубоких законов окружающей а составляющей нас материи. Основой этого потенциала являете* информация о параметрах и эволюции Вселенной как целою, ее характерных признаках и наблюдаемых проявлениях.
Лля определения глобальных характеристик Вселенной широко используется изучение крупномасштабного распределения вещества по наблюдениям пространственного распределения галактик и скоплений галактик. Эти данные погвбляют в принципе сопоставить современную картину распределения вещества в доступной наблюдениям области пространства с основными предположениями теории эволюционного происхождения звезд и галактик в нестационарной Вселенной.
Измерения химического обилия в звездах и в галактиках различных типов должны дать приближенную картину процесса первичного нуклеосинтеза и заложить основы для выбора наиболее реалистичной модели Вселенной, ее основных параметров и пути эволюции.
Исследования таких специфических объектов,как квазары,пока не могут быть достаточно определенно использованы для рассматриваемых нами целей ввиду большого числа нерешенных проблем их эволюционного статуса (см. Дубрович, Хлопов, 1989а) и физической природы механизмов сверхмощного излучения. Однако, не исключено, что в будущем именно с ними могут быть связаны значительные прорывы в область новых знаний о физических явлениях а сверхкомпактных объектах гигантской массы.
Принципиально новым источником информации о начальных стадиях эволюции Вселенной и физических, процессах, протекавшие при недоступных для наземных лабораторий условиях, может стать фоновое радиоизлучение, имеющее высочайшую степень изотропии, спектр, соответствующий равновесному планкове кому закону с температурой Г = 2.73Л'. По всем существующим представлениям именно таковым должно Сыть термодинамически равновесное с веществом излучение в модели так называемой "горячей Вселенной", предложенной Гамовым на основе решений Фридмана уравнений Общей теории относительности Эйнштейна. Этот сценарий является базовым для со ременных исследований Вселенной и описан в многочисленных оригинальных работах
и монографиях (см. Зельдович, Новиков, 1975, Пиблс, 1975).
Одной из осногных проблем дальнейшего исследования в этом направлении являете* поиск методов непосредственного изучения доэвеэдного и догалактичесхогс этада эволюции Вселенной. Этот период примыкает к наблюдаемой нами области пространства до красных смещений z порядка 5. Дальней границей этой области можно условна считать момент первой рекомбинация гелия, когда г = 6000. Оснозааяем дли выде-леяиа именно этого интервала г может служить то методическое обстоятельство, что существующие наблюдательные средства основаны на регистрации главным образом электромагнитного излучения. Как будет видно из дальнейшего, пространственные не: однородности этого излучения формируются только яри г < 1500, а спектральные — при г < 1О00О. Из зон больших г к нам приходит практически точно равновесное излучение — РИ. Таким обраэом,методамя стандартной астрономии последний интервал г, доступный непосредственному изучению будет именно рассматриваемой областью Вселенной. Белее того, по-видичому, главным образом это будет доступно только радиоастрономии.
Современные результаты наблюдательной радиоастрономии, как наземной, тар
космической позволяют перейти к постановке задач ашнуюшего уровня сложности. t\n,
должны быть задачи, решение которых дало бы принципиально новую информадяю «
параметрах ьешества и излучения в ранней Вселенной. С другой стороны, выбор опредег
ленного круга задач позволит точнее определить стратегию проектирования и создания
радиотелескопов нового поколения. Именно в этой связи рассматриваемые в данной ра
боте теоретические проблемы и сделанные оценки представляются очень важными и
актуальными. -
Цель диссертационной работы
Многочисленные in,следования РИ, как теоретические, так и экспериментальные^ конечном счете приводили к получению верхних пределов на мощность источников энер-говсіделеїшя или степень анизотропии. D атом смысле фактически единственным прямым аргументом космологического происхождения РИ яьляется сам факт его существования Высокая степень его изогрог.ил и равновесности спектра сами по себе,скорее, косвенней аргументы, так как никаких новых независимых параметров не определяют. Именно поэтому таї; важ:ю найти какие-либо независимые подтверждения общей гх(мч. Для этого необходимо найти эффекты гарантированно существующие & рампах оаюьныл гипотез модели, т.е. нужны оценки НИЖНИХ границ «еодиорояяоетей. и нораячовесности спектра РИ.
Центральный вогірот дачном рлиопл — - проблема наиболее вероятных наблюдатель-
ных проявлений процессов в посгрекомбинаиионную эпоху, нредіїич звонавшую современной звездно—галактической стадии эволюции Вселенной. Цель найти тс процессы, которые наиболее, эффективно 'проявляют" состояние среди в >гу эпоху.
На основе минимальных предположений о первичном химсоставе и о параметрах неоинородиости и пекулярных движений вещосчва необходимо оценки, величины ноз-можных спектрально-пространственных флу.сгуаний (SSK) температуры фонового и>-лучечия.
После получения оценок на возможные отклонения от равновесною фонового излучения нужно провести предварительный обзор и анализ наблюдательных перспектив.
Научная новизна
Впервые поставлена задача и выполнен комплекс работ по вычислению ннтенсивно-стей первичных рскомбинаинонных линий гсли», водорода в чпоху красных смещений z < 6000.
Впервые систематически рассмотрены механизмы трансформации широкополосных искажений спектра РИ в линиях первичных химических элементов и молекул, разработана методика оценки мощности возможных источников позднего энерговыделения.
Впервые рассмотрена роль первичных молекул в формировании гвблюлателышх проявлений первичного (логалактического) распределения вещества и поля пекулярных скорое гей и определены основные характерные параметры нового класса астрофизических объектов - - спектрально пространственных флуктуации РИ (SSb1).
Впервые проведены наблюдения по поиску SSF в линиях молекулы Li И на z = lS'J н предложена специализированная методика корреляционного анализа для статистического поиска таких объектов.
На защиту выносятся:
— Определение основных физических процессов, приводящих к излучению рскомби
наинонных линии водорода и іелия при красных смещениях 10000 > г > 1000.
-- Разработка методики расчета іштенсииііосіей рекоыбинацпонных липні! в условиях термодинамического квазиравноиесня и получение синтетического спек гра реком-бшшпюмпых линий НсЛ, Неї и III.
— Физические обоснования метода оценки возможных нерекомбпнаииошплх нска-
жршіГі спектр;) РИ її математический яшіарач для получения таких опенок метод
Kocjiriiiiiiix опенок на моїнноеп. сиерхриииовесною иіерістиделения в ранней lice.ієн-
HUH.
іічин.нчі'М' \ir\;mu s\i«m іи<ні\кі.л<чї( і нпя іті'рі-яімиі.іч мо.нчл'л максимзлыю )ф<|)0!.
тир.йых в рамках минимальной модели эволюции Вселенной и список наиболее вероятных молекул в ранней Вселенной, их наблюдательные параметры.
Предсказание наличия нового класса радиоисточников - SSF, оценки их основных наблюдательных параметров в рамках минимальной модели.
Специализированная корреляционная методика поиска SSF и первые результаты наблюдений SSl'\ оценки перспектив и прецложеиия наблюдательных программ.
Апробация работы
Результаты докладывались
ра международных конференциях : YERAC XXVII, І094, (Кембридж, Ведикобрита-ш1х),"С03МГОЫ - 94", І991 (Москва, Россия), HSRA, Ї995 (Манчестер, Великобритания);
совещаниях рабочих гр/гш и семинарах: в Римском университете (199І, 1992, 1993). (Италия), ENS, !993 (Париж., Франция), Лейденском, Гроиингепском, Утрехтском уни-версичхмах и NFR А (Двннгелоо), LTWG (Гаага), І99! (Голландия), Стэнфордскоы Уии-вергитск:, 1995 (США), 1AU Symp. 178. 1996 (Лейден, Голландия);
на регулярных семинарах ГАИШ, ФИАН, ИКИ (Москва), ЛФ'ТИ (ОПстербурі), ОАО РАН (Н. Архыз)
Но теме диссертации опубликовано: 31 работа и научное руководство по двум кандидатским диссертациям: А.Д. Линовка - "Исследовлцке искажений спектра реликтового излучения" ( ГАО РАИ, С.-Петербург, І994), В.А. Столяров - "Наблюдательные проявления рекомбинации вещества в ранней Вселенной", (СА0 РАН, Н. Архыз, 1996).
Структура и объем диссертации
Диссертация состоит из Введения, 7 глав и Заключения.