Борис Штерн - Прорыв за край мира

Но со временем ситуация изменилась. Размер сгустка X, как и масштабный фактор Вселенной, увеличивался как корень квадратный из времени. А размер горизонта рос пропорционально времени. Когда-нибудь пропорциональная зависимость обязательно перешибет корневую. Для сгустка X это произошло в возрасте Вселенной около трех месяцев. Он оказался внутри горизонта и приобрел причинную связность: разные части сгустка почувствовали тяготение друг друга. В этот момент сгусток сильно потерял в массе (энергии), которая составляла уже 10 49г, или 10 16масс Солнца. Потеря массы связана с работой по расширению Вселенной, совершаемой давлением вещества. Энергия сгустка X (а его масса m = Е/с 2складывалась из энергии ультрарелятивистских частиц) пошла на уменьшение его отрицательной гравитационной энергии связи.

С этого момента контраст сгустка благодаря его самотяготению начал расти.

Мы хорошо знаем состав Вселенной той поры. Он складывался из водородно-гелиевой плазмы, фотонов, почти безмассовых нейтрино и медленно движущихся частиц темной материи. Львиная доля энергии-массы заключалась в фотонах и нейтрино. Они (как и связанная с фотонами плазма) не могли поддаваться самотяготению из-за своего огромного давления. А темная материя могла подчиняться гравитации, поскольку была не зависима от фотонов и обладала ничтожным давлением. Именно ее контраст начал расти, правда, медленно — как логарифм времени. В первые месяцы доля темой материи была ничтожной — порядка одной тысячной от плотности энергии фотонов с нейтрино. Но соотношение росло в пользу темной материи: ее количество в сопутствующем объеме не менялось, а фотоны с нейтрино остывали, и их вклад уменьшался.

Паритет наступил в возрасте 80 тыс. лет. К этому моменту логарифмический рост довел контраст сгустка до 3·10 -4. При этом изменилось уравнение состояния Вселенной, ее расширение пошло по другому закону: масштабный фактор а стал зависеть от времени t как а ~ t 2/3(до этого, напомним, расширение шло по закону а ~ t 1/2). А рост возмущений при этом ускоряется еще радикальней: из логарифмического он превращается в линейный. К отметке 80 тыс. лет масса сгустка X составила порядка 10 13масс Солнца и с тех пор изменилась менее чем в два раза — в массе стала доминировать холодная темная материя, которая никуда не девается. Контраст темной материи продолжал расти, но обычное (барионное) вещество по-прежнему не участвовало в гравитационном росте возмущений по той же причине: давление излучения намного превосходило силы самотяготения. Однако, плазма с излучением продолжали жить своей весьма интересной жизнью: они были подвержены акустическим колебаниям плотности. Эти колебания привели к важнейшему эффекту: акустическим (или сахаровским) осцилляциям, которые непосредственно наблюдаются на карте реликтового излучения. Это явление и роль, которую оно сыграло, описаны ниже в главе 28.

В возрасте 380 тыс. лет происходит рекомбинация, барионы «отклеиваются» от фотонов. Реликтовое излучение сохранило и донесло до нас карту распределения плазмы той поры, и мы видим возмущения с амплитудой порядка 10 -5. Но реально возмущения плотности темной материи в то время были в сто раз больше и продолжали расти. Контраст сгустка X составил 210 -3и продолжал расти. После рекомбинации барионное вещество стало вести себя в больших масштабах как пыль (давление пренебрежимо) и скатываться в ямы гравитационного потенциала, образованные темной материей, догоняя последнюю по амплитуде возмущений. Сгусток X стал сгустком не только темной, но и обычной материи.

Как только амплитуда возмущений становилась порядка единицы, начинался более быстрый нелинейный рост, заканчивающийся формированием объектов. Со сгустком X это произошло в возрасте 2-3 млрд лет. Он оказался гравитационно связанным и перестал расширяться вместе со Вселенной.

Конечно, любой сгусток не оставался изолированным — распределение плотности Вселенной было наложением неоднородностей разных масштабов. Сгусток X сам был неоднородным, включал в себя более мелкие уплотнения. Поэтому он разбился на группу небольших галактик, в которых начали интенсивно рождаться звезды. Вероятно, потом эти галактики слились, и часть сгустка X объединилась в одну большую галактику. Может быть, в нашу.

С другой стороны, он входил в состав какой-то неоднородности большего размера. Из этой неоднородности позже, возможно, образовалось скопление галактик а из еще большего — стенка крупномасштабной структуры.