 |
Астронет: К. А. Постнов/ГАИШ Лекции по Общей Астрофизике для Физиков http://variable-stars.ru/db/msg/1170612/node60.html |
<< 11.3 Первичный нуклеосинтез | Оглавление | 11.5 Флюктуации реликтового излучения >>
11.4 Реликтовое излучение и эпоха рекомбинации.
Настоящим триумфом теории горячей Вселенной Гамова стало открытие в 1967 г.
изотропного фона микроволнового космического (реликтового) излучения с
Планковским спектром и температурой
K.
Действительно, по мере
расширения плотность нерелятивистских частиц изменятеся
как
,
а плотность излучения
,
поэтому через
определенное время 
(по-другому, на некотором красном смещении
), радиационно-доминированная стадия (с уравнением состояния
и
зависимостью масштабного фактора от времени
)
должна
смениться на стадию энергодоминантности обычного вещества (c уравнением
состояния 
и масштабным фактором
).
Эта эпоха очевидно
определяется соотношением
и наступает при красных смещениях
г/см
- полная плотность вещества
в современную эпоху (на 
), а
г/см -
плотность излучения в современную эпоху (фактор 3/2 учитывает, что
часть энтропии содержится в трех сортах безмассовых нейтрино).
На радиационно-доминированной стадии в условиях полного термодинамического
равновесия спектр излучения был спектром АЧТ с температурой, падающей
обратно пропорционально масштабному фактору: 
. Как только
время взаимодействия фотонов с веществом 
становится больше
характерного времени расширения 
(эквивалентно, длина свободного
пробега фотона начинает превышать размер горизонта 
), фотоны не успевают
обмениваться энергией с плазмой, однако спектр излучения при однородном
расширении остается чернотельным c температурой
. Таким
образом, уходя в прошлое мы неизбежно достигаем момента 
такого, при
котором фотоны еще взаимодействовали с высокотемпературной плазмой и (из-за
огромной теплоемкости излучения, см. выше) плазма находилась в
термодинамическом равновесии с излучением. Взаимодействие излучения с
полностью ионизованной плазмой осуществляется за счет рассеяния фотонов на
свободных электронах. При понижении температуры плазмы до
K происходит рекомбинация электронов с протонами с образованием атомов
водорода (гелий рекомбинирует несколько раньше), свободные электроны
исчезают, и Вселенная становится прозрачной для излучения. Эпоха
рекомбинации таким образом наступает при
,
т.е.
формально уже на стадии доминантности вещества когда роль излучения в
динамике расширения
пренебрежимо мала. Время расширения до эпохи рекомбинации составляет
лет.
Зависимость роста температуры реликтового излучения от красного смещения
в настоящее время экспериментально подтверждена наблюдениями линий
сверхтонкой структуры нейтрального углерода в спектрах далеких квазаров
с 
, для которых кванты реликтового фона с темепературой
K играют роль накачки для заселенности соответствующих
уровней.
<< 11.3 Первичный нуклеосинтез | Оглавление | 11.5 Флюктуации реликтового излучения >>