Российские ученые нашли гелиевые «аномалии» в рождении
Астрофизики из МФТИ и ИКИ РАН выяснили, что атомы гелия играли ключевую роль в рождении первых галактик в ранней Вселенной и в формировании той глобальной «космической паутины», в которой мы сегодня живем, говорится в статье, опубликованной в журнале MNRAS.
«Процесс рождения галактик начинается с быстрого сжатия темной материи, и затем в эту зону начинает стекать газ. Мы считаем, что в этом потоке газа частицы разных масс будут двигаться с неравными скоростями. Гелий — более тяжелая частица, значит, она будет оседать быстрее водорода в гравитационном поле формирующейся галактики», — заявил Сергей Сазонов из Института космических исследований РАН, чьи слова приводит пресс-служба МФТИ.
После Большого взрыва во Вселенной существовали только три элемента — водород, гелий и следовые количества лития. Однако через 300 миллионов лет, когда появились первые звезды, начали появляться более тяжелые элементы, рожденные в ходе термоядерных реакций в недрах светил. Скорость образования этих элементов и их текущее количество во Вселенной зависят от того, как много гелия и лития изначально содержала Вселенная, из-за чего ученые уже десятилетиями пытаются определить их концентрации.
Как рассказывает Сазонов, сегодня многие астрофизики и космологи предполагают, что все элементы были распределены по первичному газовому «супу» Вселенной равномерно и что все первые галактики содержали в себе примерно одинаковые доли водорода, гелия и лития.
Российские ученые показали, что, скорее всего, это было не так и что первые галактики могли содержать в себе на порядки больше гелия, чем показывают математические и компьютерные модели ранней Вселенной, добавив в эти компьютерные модели один из важнейших физических феноменов – то, как двигаются газы разных масс в разных условиях.
Используя эту модель, ученые создали миниатюрную «Вселенную» в виртуальной реальности и проследили за тем, как внутри нее росли гигантские облака газа, из которых рождаются первые протогалактики и протоскопления галактик. Эти расчеты показали, что гелий будет двигаться в сторону центра таких облаков заметно быстрее, чем водород, что должно привести к его накоплению в окрестностях будущих галактик.
Скорость этого накопления зависит фактически от двух параметров – первичной массы облаков и той температуры, которая господствовала в ранней Вселенной в первые несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва.
Если она была достаточно высокой, а масса протогалактик – наоборот, низкой, то тогда первые галактики мироздания должны были иметь заметно больше гелия, на несколько десятых процента, чем мы привыкли считать, что должно сильно повлиять на характер их формирования, свойства их звезд и весь процесс эволюции Вселенной.
Все эти расчеты, как надеются Сазонов и его коллеги, помогут космологам выяснить, как выглядела Вселенная в первые дни своей жизни, когда будут получены более точные эмпирические данные по концентрации гелия в первых галактиках мироздания. Как считают ученые, для проверки их идей и поиска излишков гелия лучше всего подходят карликовые галактики, которые могут на самом деле быть первыми галактиками Вселенной, дожившими до наших дней.br
Ознакомиться с работами ученых:
Helium diffusion during formation of the first galaxies
P. Medvedev (1), S. Sazonov (1 and 2), M. Gilfanov (3 and 1) ((1) Space Research Institute, Moscow, Russia, (2) Moscow Institute of Physics and Technology, Moscow Region, Russia, (3) Max-Planck-Insti
|
DOI: |
|
|
Cite as: |
arXiv:1511.07490 [astro-ph.CO] |
|
|
(or arXiv:1511.07490 |