Словарь космических терминов

Большой взрыв

Большим взрывом называется явление возникновения Вселенной. В рамках этой концепции полагается, что начальным состоянием Вселенной была точка, называемая точкой сингулярности, в которой были сосредоточены все вещество и энергия. Она характеризовалась бесконечно большой плотностью материи. Конкретные свойства точки сингулярности неизвестны, как неизвестно и то, что предшествовало состоянию сингулярности.
Приблизительная хронология событий, последовавших с нулевого момента времени - начала расширения, представлена ниже:

Время с начала взрыва
Температура
(градусы Кельвина)
Событие
Следствия
0 - 5*10-44 секунды
1,3*1032
Никаких достоверных сведений нет
 
5*10-44 - 10-36 секунды
1,3*1032 – 1028
Начало действия известных физических законов, эра инфляционного
расширения
Расширение Вселенной продолжающееся и поныне
10-36 - 10-4 секунды
1028 – 1012
Эра промежуточных бозонов, а затем – адронная эра, существование
свободных кварков
 
10-4 - 1-3 секунд
1012 – 1010
Возникновение частиц и античастиц из свободных кварков, а также
их аннигиляция, возникновение прозрачности вещества для нейтрино
Возникновение барионной асимметрии, появление нейтринного
реликтового излучения
1-3 - 100-120 секунд
1010 – 109
Протекание ядерных реакций синтеза ядер гелия и некоторых других
легких химических элементов
Установление первичного соотношения химических элементов
Между 300 тысячами - 1 миллионом лет
3000 – 4500
Завершение эры рекомбинации
Появление Реликтового излучения и нейтрального газа
1 миллион - 1 миллиард лет
4500 – 10
Развитие гравитационных неоднородностей газа
Образование звезд и галактик
Относительно условий и событий, происходивших до наступления момента 5*10-44 секунды - окончания первого кванта времени - никаких достоверных сведений нет. О физических параметрах той эры можно лишь сказать, что тогда температура была 1,3*1032 градуса, а плотность материи около 1096 кг/м3. Приведенные значения являются предельными для применения существующих теорий. Они вытекают из соотношений скорости света, гравитационной постоянной, постоянных Планка и Больцмана и называются “планковскими”.
События периода с 5*10-44 по 10-36 секунды отражает модель “инфляционной Вселенной”, описание, которой затруднительно и не может быть дано в рамках этого изложения. Однако следует отметить, что согласно этой модели расширение Вселенной происходило без уменьшения объемной концентрации энергии и при отрицательном давлении первичной смеси вещества и энергии, т.е., как бы, отталкивании материальных объектов друг от друга, вызвавшем расширение Вселенной, продолжающееся и поныне. 
Далее, начиная с момента 10-36 секунды от начала взрыва, события описываются в рамках модели “горячей Вселенной”. 
Для понимания процессов, протекавших в период 10-36 - 10-4 секунд с начала взрыва, требуется глубокое знание физики элементарных частиц. В этот период электромагнитное излучение и элементарные частицы - различные виды мезонов, гипероны, протоны и антипротоны, нейтроны и антинейтроны, нейтрино и антинейтрино и т.п. существовали в равновесии, т.е. их объемные концентрации были равны. Очень важную роль в это время играли вначале поля сильных, а затем слабых взаимодействий. 
В период 10-4 - 1-3 секунды происходило формирование всего множества элементарных частиц, которые, преобразуясь одни в другие, и составляют ныне всю Вселенную. Произошла аннигиляция подавляющего большинства элементарных частиц и античастиц, существовавших ранее. Именно в этот период появилась барионная асимметрия, которая оказалась следствием очень малого, всего на одну миллиардную долю, превышения количества барионов над антибарионами. Оно возникло, судя по всему, сразу после эры инфляционного расширения Вселенной. При температуре 1011 градусов плотность Вселенной уже снизилась до величины, характерной для атомных ядер, В этот период уменьшение температуры вдвое происходило за тысячные доли секунды. В это же время родилось существующее и ныне реликтовое нейтринное излучение. Однако, несмотря на его значительную плотность, составляющую не менее чем 400 штук/см3, и возможность получить с его помощью важнейшую информацию о том периоде формирования Вселенной, его регистрация пока не реализуема. 
В период с 1-3 по 100-120 секунд в результате термоядерных реакций образовались ядра гелия и очень малое количество ядер некоторых других легких химических элементов, а значительная часть протонов - ядер водорода - объединению в атомные ядра не подверглась. Все они остались погруженными в “океан” свободных электронов и фотонов электромагнитного излучения. С этого момента в первичном газе установилось соотношение: 75- 78% водорода и 25-22% гелия - по массам этих газов. 
В период между 300 тысячами и 1 миллионом лет температура Вселенной понизилась до 3000 - 4500 К и наступила эра рекомбинации. Свободные прежде электроны объединились с легкими атомными ядрами и протонами. Образовались атомы водорода, гелия и некоторое количество атомов лития. Вещество стало прозрачным и излучение, наблюдаемое до сих пор, “отделилось” от него. Все наблюдаемые ныне особенности реликтового излучения, например, флуктуации температуры его потоков приходящих от разных участков на небесной сфере или их поляризация отражают картину свойств и распределения вещества в то время. 
В течение последующего - первого миллиарда лет существования Вселенной ее температура снизилась от 3000 - 4500 К до 30 К. В связи с тем, что к этому периоду времени во Вселенной еще не образовалось источников электромагнитного излучения – звезд, квазаров и т.п., а реликтовое излучение уже остыло, этот период времени называют “Темной эпохой” Вселенной. 
В конце “темной эпохи” неоднородности плотности смеси первичных газов, возникшие, вследствие развития неоднородностей первичного вещества еще на этапе “инфляционного расширения” Вселенной уплотнялись под действием гравитационных сил. Большую роль в динамике этого уплотнения сыграла скрытая масса. Компьютерное моделирование этих процессов показывает, что это должно было приводить к образованию гигантских звезд с массами в миллионы масс Солнца. По причине таких огромных масс, эти звезды разогревались до очень высоких температур и потому проходили весь свой путь эволюции в течение нескольких миллионов лет, а затем взрывались как сверхновые. 
Нагретые до огромных температур поверхностей этих звезд порождали мощные потоки ультрафиолетового излучения, которые произвели повторную ионизацию атомов находящихся в свободном от звезд космическом пространстве. Не малый вклад внесло в этот процесс и излучение квазаров, которые имели существенно большее, чем первичные гигантские звезды время жизни. Наступила, так называемая, эпоха реионизации. 
Эти гигантские звезды послужили первыми во Вселенной источниками более тяжелых, чем литий химических элементов. Вслед за тем появилась возможность формирования космических объектов второго поколения, содержащих ядра этих атомов. Звезды второго поколения начали формироваться из смеси тяжелых атомов, а также атомов первичных водорода и гелия. Они и звезды последующих поколений уже не были столь массивными и горячими, как звезды первого поколения, поэтому потоки ультрафиолетового ионизирующего излучения от них были значительно меньше. Произошла повторная рекомбинация большинства атомов межзвездного и межгалактического газов. Картина Вселенной стала, практически такой, какой мы ее наблюдаем сегодня.
  • Словарь космических терминов: