Спектроскопия квазаров и космология. Исследования физических условий и химического состава вещества, существовавших на ранних стадиях эволюции Вселенной.

• Автор: Иванчик, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.03.02
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 147 с. : ил.

Оглавление
Введение.
1 Молекулярные облака Н2/НБ — космологические лаборатории.
1.1 Оптические спектры квазаров
1.2 Молекулы Н2 и НВ в межзвездной среде
нашей Галактики
1.3 Молекулы Н2 и НВ на больших красных смещениях
1.4 Особенности структуры уровней энергии в Н, Н2, НВ
1.5 Абсорбционная система в спектре квазара С21232+
1.5.1 Ионизационная структура
1.6 Особенности абсорбционной системы = 2.33771 в спектре квазара 1232+
1.6.1 Эффект уширения
1.6.2 Эффект неполного покрытия
1.7 Абсорбционная система в спектре...................квазара 0812+
1.8 Абсорбционная система в спектре................квазара (3 1331+
1.9 Степень молекуляризации и концентрация газа
1.10 Температура реликтового излучения в различные космологические эпохи
1.10.1 Реликтовое излучение в современную эпоху, г =
1.10.2 Реликтовое излучение в ранние космологические эпохи
2 Проблема первичного дейтерия.
2.1 Концентрации барионов и фотонов во Вселенной
2.2 Первичный нуклеосинтез. Химический и изотопный состав ранней
Вселенной
2.2.1 Первичный 4Не
2.2.2 Проблема первичного 71л
2.2.3 Первичный В
2.3 Определение Б/Н по линиям атомарного БІ и НІ
2.4 Оценка Б/Н по отношению НВ/2Н
2.5 Химия молекулярных облаков

3 Проверка возможной космологической вариации фундаментальных констант.
3.1 История вопроса *.
3.2 Современный статус проблемы непостоянства фундаментальных констант
3.2.1 Изменение констант с энергией
3.2.2 Изменения констант со временем в процессе
космологической эволюции
3.2.3 Различные значения фундаментальных констант
в пространственно удаленных областях Вселенной
3.3 Методы определения вариаций
фундаментальных констант
3.3.1 Лабораторные измерения
3.3.2 Феномен “Окло”
3.3.3 Рекомбинация первичной плазмы
3.3.4 Первичный нуклеосинтез
3.4 Верхний предел на космологическое изменение
отношения масс протона и электрона д = тр/те
3.4.1 Современное экспериментальное значение ц
3.4.2 Метод определения отклонения Дд/д
3.4.3 Коэффициенты чувствительности
3.5 Результаты и перспективы
Заключение.
Литература.
Введение.
Современная астрофизика и наблюдательная астрономия предоставляют широкие возможности для научных исследований как в области чистой астрономии, так и в различных областях современной физики, особенно в физике высоких энергий, ядерной физике, физике элементарных частиц и фундаментальных взаимодействий. Уникальные физические условия, которые природа реализует в огромном многообразии астрофизических объектов и явлений, позволяют изучать физические законы и процессы, лабораторные условия для которых недостижимы на Земле не только в настоящий момент, но и долгое время в будущем
Квазары - активные галактические ядра, которые, являясь наиболее мощными квазистационарными источниками излучения во Вселенной, видны с огромных расстояний вплоть до 10—13 млрд. световых лет, т.е. практически с границ видимой Вселенной. Поэтому их спектры, начавшие формироваться на ранних стадиях эволюции Вселенной, когда ее возраст был менее 10% от современного, несут в себе информацию о физических условиях и химическом составе вещества, существовавших 10—13 млрд. лет назад, когда еще не было нашей Солнечной системы, а наша Галактика еще только зарождалась. Учитывая такую удаленность и яркость квазаров, их излучение используют для “просвечивания” оказавшихся на луче зрения далеких облаков межзвездного и межгалактического газа, которые “впечатывают” в спектр квазара свои линии поглощения. Можно сказать, что квазары служат “рентгеновским аппаратом” для просвечивания Вселенной, а их абсорбционные спектры представляют собой пространственно-временные фотографии Вселенной. При этом набор космологических задач, решаемых с помощью исследований спектров квазаров, очень широк. Это исследование крупномасштабной структуры Вселенной, физических свойств межзвездного и межгалактического вещества, эволюция химического состава и многие другие проблемы.
В 2007 г. эффект уширения линий молекулярного водорода Нг впервые наблюдался для внегалактического источника - абсорбционной системы с гаьв=2.402 в спектре квазара НЕ0027—1836 [100]. Мы также обнаружили и исследовали эффект уширения линий Н2 в абсорбционной системе 2аЬа=2.33771 квазара <31232+082 [А24].
Следует отметить, что до сих пор не существует удовлетворительного объяснения эффекта уширения. Для его объяснения разные авторы предлагают различные гипотезы и сами подчеркивают при этом их иедосттки. Так, в работе [56] эффект уширения авторы пытаются объяснить прохождением ударной волны через облако, что, по их мнению, может приводить к уширению и сдвигу в скоростях различных компонент наблюдаемого профиля линии. Однако такая модель не может объяснить эффект уширения в однокомпонентном профиле, где не наблюдаются сдвиги скоростей для различных вращательных уровней. Другой способ объяснения эффекта уширения основан на учете избыточной кинетической энергии, которую получает молекула при образовании на пыли (~ 4.5 эВ) [74]. Однако сами авторы отмечают, что скорость образования молекул на пыли должна быть на порядок выше для того, чтобы количественно объяснить наблюдаемую величину эффекта уширения. Это особенно проблематично для облаков межзвездного вещества, существовавших в ранние эпохи эволюции Вселенной, где содержание пыли (по наблюдениям металличности [78]) может быть более чем на порядок ниже в сравнении с наблюдениями по пыли в нашей Галактике.
Наиболее приемлемым, на наш взгляд, является объяснение, предложенное в работе [100]. В качестве модели облака используется модель фотодиссоционпой области [50], в которой облако состоит из двух компонент. Первая компонента -внешняя часть облака находится под влиянием сильного фонового УФ-излучения, что увеличивает радиативную накачку возбужденных вращательных уровней и разогревает среду посредством диссоциации водорода. Вторая компонента - центральная часть облака, заэкранированная от УФ-излучения, и как следствие, более холодная с менее заселенными верхними вращательными уровнями. Это приводит к тому, что возбужденные вращательные уровни проявляются главным образом в горячей компоненте, а основные - в холодной, что, в свою очередь, может приводить к наблюдаемому эффекту уширения.