Глава 6. Крупномасштабная структура Вселенной и ее происхождение

§6.5. Сценарий формирования крупномасштабной структуры Вселенной

Теория Лифшица, рассмотренная в предыдущем пункте, говорит только о начальной стадии усиления неоднородности в расширяющейся Вселенной. С другой стороны, в настоящее время довольно хорошо изучен процесс образования звезд. Но промежуточные стадии образования структуры до сих пор остаются непонятыми. Это считается главной проблемой современной космологии. Тем не менее, за последние десятилетия был сделан большой шаг вперед в понимании этого процесса, что позволяет надеяться на то, что современная наука находится на правильном пути.

Большой вклад в изучение происхождения галактик и их систем внес выдающийся советский физик Яков Борисович Зельдович (1914-1987). Одним из выдающихся его достижений является предсказание существования ячеистой структуры Вселенной за несколько лет до ее открытия в астрономических наблюдениях. Попытаемся и мы понять, откуда могла взяться такая странная структура. Для этого мы используем "игрушечную" модель, в которой пространство имеет всего два измерения.

Согласно теории Лифшица, сгущения (неоднородности с повышенной плотностью материи) с массой больше джинсовской должны расширяться медленнее, чем Вселенная в целом, т.е. если бы мы находились вблизи центра сгущения, ее край удалялся бы от нас медленнее, чем это следует из закона Хаббла. Очевидно, области, где плотность материи была чуть меньше средней, наоборот, расширялись чуть быстрее, чем Вселенная в целом. Напомним, что разность между реальной скоростью удаления объекта и ожидаемой на основании закона Хаббла есть пекулярная скорость. Таким образом, пекулярная скорость вещества на границе областей с повышенной плотностью была направлена внутрь неоднородностей, тогда как на границе областей с пониженной плотностью — наружу. Согласно космологическому принципу, области с повышенной и пониженной плотностями были распределены в ранней Вселенной хаотично, поэтому так же были распределены и пекулярные скорости, как показано на рис. 6.5.1, слева. На этом рисунке буквами (а) и (с) отмечены области с повышенной и пониженной плотностью соответственно. Эти области разделены друг от друга областями (b). Очевидно, доля общего объема Вселенной, занимаемого областями (c), должна с течением времени возрастать, т.е. расстояние между точками В, соединяющими эти области, должно убывать (по сравнению с расширением Вселенной). Поэтому с течением времени области (b) должны вытягиваться, образуя в конечном итоге тонкие нити (рис. 6.5.1, справа). Итак, наша "игрушечная" Вселенная приобрела ячеистую структуру. В реальной, трехмерной Вселенной ячейки, разумеется, должны быть объемными, причем внутри границ этих ячеек (плоских образований, названных Зельдовичем "блинами") также должны с течением времени должны вызревать двумерные ячейки, отделенные друг от друга нитями — сверхскоплениями галактик.

Расчеты, сделанные на компьютерах, подтвердили, что слабые неоднородности в расширяющейся Вселенной с течением времени должны эволюционировать в ячеистую структуру типа наблюдаемой астрономами в сегодняшней Вселенной. Необходимо отметить, что ячейки — это не конечная, а промежуточная стадия развития структуры Вселенной. Через много миллиардов лет сверхскопления должны будут разбиться на отдельные шарообразные гравитационно связанные сгущения (вспомним, что в настоящее время сверскопления участвуют в космологическом расширении). В этом смысле наблюдаемая ячеистая структура мироздания, нитеобразные сверхскопления и комплексы сверхскоплений — не что иное, как структура в процессе становления. Очень важно подчеркнуть, что эта структура возникает именно из почти однородной среды в ходе гравитационной неустойчивости последней, что всецело соответсвует космологическому принципу.

Таким образом, космологическая теория способна хотя бы качественно объяснить происхождение крупномасштабной структуры Вселенной, хотя многие важные детали этого процесса еще далеко не ясны.

Выше уже было отмечено сходство между ячеистой структурой Вселенной и ноздреватой структурой хлеба. Вероятно, это сходство не случайно. Механизм образования “ноздрей” примерно таков: в печи тесто разбухает под воздействием высокой температуры, причем те места, где изначально был небольшой, едва заметный избыток давления, разбухают чуть быстрее. Согласно Зельдовичу, пустые области между сверхскоплениями галактик возникают примерно таким же образом: ведь в ранней Вселенной существовали не только сгущения, которые при расширении оставали от среднего темпа расширения, но и области с недостатком вещества, расширявшиеся чуть быстрее.