Номер 2, страница 252 - гдз по физике 11 класс учебник Касьянов

Вопросы. § 68. Образование астрономических структур. Глава 9. Эволюция Вселенной - номер 2, страница 252.

2. Почему крупномасштабные структуры возникают прежде всего в определённых плоскостях?

Почему крупномасштабные структуры возникают прежде всего в определённых плоскостях?

Возникновение крупномасштабных структур Вселенной, таких как галактические «стены» и «филаменты» (нити), которые образуют так называемую космическую паутину, объясняется процессом гравитационной неустойчивости и анизотропного (неоднородного по направлениям) коллапса вещества.

1. Исходные условия. В ранней Вселенной вещество (в основном, тёмная и барионная материя) было распределено почти равномерно. Однако существовали крошечные случайные флуктуации плотности — области, где плотность была чуть выше или чуть ниже средней. Эти первичные неоднородности мы можем наблюдать сегодня как температурные флуктуации в реликтовом излучении.

2. Гравитационная неустойчивость. Области с плотностью чуть выше средней обладали и чуть более сильной гравитацией. Со временем они начали притягивать к себе вещество из соседних, менее плотных областей. Этот процесс, называемый гравитационной неустойчивостью, приводил к тому, что богатые веществом области становились ещё богаче, а бедные — ещё беднее, превращаясь в гигантские пустые пространства — войды.

3. Анизотропный коллапс (модель «блинов Зельдовича»). Ключевой момент в ответе на вопрос — почему структуры получаются плоскими. Первичные области повышенной плотности не были идеально сферическими. Они имели неправильную, чаще всего вытянутую или сплюснутую форму (похожую на эллипсоид). Гравитационное сжатие такого объекта происходит неравномерно:

• Сжатие (коллапс) происходит быстрее всего вдоль самой короткой оси первоначального сгустка материи. В результате вещество сжимается в плоскую, двумерную структуру, напоминающую блин. Эти структуры и есть те самые «определённые плоскости» или, как их называют в космологии, галактические стены или «блины Зельдовича» (по имени предложившего эту модель астрофизика Якова Зельдовича).
• Далее, вещество внутри этого «блина» продолжает сжиматься, но уже вдоль следующей по длине оси. Это приводит к формированию вытянутых, одномерных структур — филаментов (нитей). Филаменты образуются на пересечениях «блинов».
• Наконец, вещество, двигаясь вдоль филаментов, собирается в самых плотных точках — на их пересечениях. Здесь формируются самые массивные объекты во Вселенной — сверхскопления галактик.

Таким образом, иерархическое формирование структур (сначала плоскости, потом нити, потом скопления) является естественным следствием гравитационного коллапса изначально несферических областей повышенной плотности. Тёмная материя играет в этом процессе роль «каркаса», так как она начала сжиматься раньше барионной материи и сформировала гравитационные «ямы», в которые затем «стекалось» обычное вещество, образуя галактики.

Ответ: Крупномасштабные структуры возникают прежде всего в определённых плоскостях («стенах») из-за анизотропного гравитационного коллапса. Первичные неоднородности плотности во Вселенной не были сферическими, и гравитационное сжатие происходило быстрее всего по самому короткому направлению, что приводило к формированию сначала плоских структур, а уже затем — нитей и скоплений на их пересечениях.