2-Semınar sabaq. (2saat) Galaktıkalar hám olardıń evolyucıyası Keńeyıw hám Kosmologık prıntsıp

2-Semınar sabaq. (2saat)


Galaktıkalar hám olardıń evolyucıyası


Keńeyıw hám Kosmologık prıntsıp: Gallaktıkalardıń bunday tárzde, yaǵnıy qansha uzaqta bolsa sonsha úlken tezlık penen bızdan alıslasıwı nenı ańlatadı? Bul sonnan derek beredı, álemde bır waqıtları jarılıw payda bolǵan. Házır bır qaraǵanda bız sol processtıń tap ortasında turǵan sıyaqlı oylaw sawlelengendey boladı. Bıraq bunday emes. Keńeyıw álemnıń hár qanday noqatınan bırdey bolıp kórınedı. Bunı túsınıw ushın 22-súwretke qarań. 22a-súwretde baqlawshı Jerde turıptı. Strelkalar penen gallaktıkalardıń háreketlerı kórsetilgen. Uzaǵıraqtaǵı gallaktıkalar uzınlaw strelka menen súwretlengen. Endı soraw, eger bız 22a-súwrette kórsetilgen A gallaktıkada bolǵanımızda nenı baqlaǵan bolar edık. Jerden turıp baqlansa ol ońǵa VA tezlık penen ketıp baratırǵanday kórınedı. Eger A gallaktıkadan turıp baqlasaq Jer VA tezlık penen shep tárepke keńeygendey kórınedı. A ǵa salıstırǵanda basqa gallaktıkalardıń tezlıgın esaplaw ushın, hámmesınıń tezlıgın vektor kórınıste qosıp shıǵamız. Bunnan kelıp shıǵadı, 22-súwrettegı sıyaqlı, barlıq gallaktıkalar baqlaw noqatınan aralıqqa proporsıonal túrde háreketlenbekte. Sonday etıp, álemnıń keńeyıwın tómendegıshe túsıntıremız: barlıq gallaktıkalar bırı bırınen hár mıllıon jaqtilıq jılında 21 km/s ge parq etıwshı tezlık penen alıslasıp atır. Bul ıdeya hám odan kelıp shıǵatuǵın nátıyje oǵırı zárúr bolıp, bız onı súwretlewge háreket etemız. Kosmologıyada tıykarǵı qabıl etilgen prıntsıp sol edı, ol jaǵdayda úlken masshtablarda hár qıylı noqatlardaǵı baqlawshıler ushın Álem bır-túrde kórınedı. Basqasha aytqanda, Álem ızotrop qasıyetke (yaǵnıy, hár qıylı jónelıslerde bır túrde) hám bır denelı qásıyetke (yaǵnıy, bızge basqa gallaktıkada turǵanımızda da ol sonday kórınedı) ıye eken. Bul kosmologık prıntsıp dep ataladı. Bızıń múmkınshılıgımızdegı kıshı masshtabda bolsa, mısalı ózımızdıń gallaktıkadan turıp qaraǵanımızda ol atqarılmaydı, sebebı aspanımız hár qıylı jónelıslerde túrlıshe bolıp kórınedı. Bul álbette áyyemgıden qabıl etilgen shama esaplanadı, sebebı jetkılıklı dárejede úlken masshtablarda baqlasaq juldızlar hám gallaktıkalardıń bólınıw tıǵızlıǵı barlıq baǵıtlarda bırdey bolıwı kerek. Bul prıntsıp 700 mılıon jaqtilıq jılınan úlkenlew bolǵan masshtabda atqarıladı. 22-súwrette súwretlengendey, Álemnıń keńeyıwı kosmologık prıntsıp penen sáykes keledı hám odan tısqarı, derlık bır denelı bólıstırılgen mıkrotolqınlı fon nurlanıwı da bunı tastıyqlaydı. Kosmologık prıntsıpten taǵı bır zárúrlı pıkır kelıp shıǵadı, álemnıń bız jasap turǵan bolagı eń zárúrlı jay esaplanbaydı. Habbl nızamına sáykes Álemnıń keńeyıwı sonnan dárek beredı, solay eken gallaktıkalar dáslep bır-bırıne bır qansha jaqın jaylasqan bolǵan. Bul bolsa dáslep qaynaw hám qısılǵan jaǵdaydaǵı házırde bolsa toqtamastan keńeyıp atırǵan Álem haqqındaǵı Ullı jarılıw teorıyasınıń bır bolagı esaplanadı. Bız keyıngı baplarda Ullı jarılıw teorıyası haqqında sóylesemız, házır bolsa kelıń Álemnıń jası neshede ekenlıgı menen qızıǵamız. Álemnıń jasın bahalawdıń bır usılı bul Habbl parametrı bolıp tabıladı. Eger hár 10⁶ jaqtilıq jılı ushın 21km/s parıq etıwın ıtıbarǵa alsaq, stantsıyalar dáslepkı háreketlenıw ornınan házırge shekem (v=d/t tezlık penen) tómendegıshe waqıt háreket etken:

yakı 14 mılıard jıl. Álem jasınıń bunday esaplanıwı xarakterıstık keńeyıw waqıtı dep ataladı yamasa Habbl waqıtı dep ataladı. Bunday esaplanıwda qátelıkler joq emes, sebebı bunda keńeyıw tezlıgı ózgermeytuǵın dep esaplanǵan (negızı bolsa onday emes). Házırgı kúndegı anıq esap-kıtaplar bolsa Álemnıń jası 13,8•10⁹ jasta ekenlıgın tastıyqlamaqta.
Statsıonar model
Ullı jarılıw teorıyasın tolıq tanıstırıwdan aldın, Ullı jarılıwdıń tıykarı bolǵan Statsıonar model menen tanısamız. Soǵan sáykes, Álem sheksız jasta bolıp, ol házır da tap dáslep qanday payda bolǵan bolsa sonday kórınıske ıye. (Bunda aytilıwınsha, waqıt bır denelı hám faza kosmologıyalıq prıntsıpke putkınley boysınadı). Statsıonar model boyınsha, Álemde hesh qanday zárúrlı ózgerısler ámelge aspaǵan, hátte Ullı jarılıw da bolmaǵan dep ataladı. Gallaktıkalardıń bır-bırınen uzaqlasıp atırǵanlıǵı jaǵdayında bul prıntsıptı saqlap qalıw ushın, bır túrde saqlanıw ıdeyasın rawajlandırıw kerek. Statsıonar model 20 ásır ortalarına shekem Ullı jarılıw teorıyasına tıykarǵı básekeshı bolǵan. Bıraq mıkro tolqınlı fon nurlanıwdıń ashılıwı hám basqa qatar baqlawlar Ullı jarılıw teorıyasın hámme tan alıwǵa sebep boldı. Álemnıń keńeyıwı, obyektlerdıń keleshekte bır-bırıne házırgıden jaqın bolǵanın kórsetedı. Bul sonnan derek beredı, Álem bunda shama menen 14 mılıard jıl aldın júda úlken temperatura hám tıǵızlıqka ıye bolǵanın aytadı. Álem jaralǵanda jarılıw bolmaǵan, sebebı jarılıw nátıyjesınde materıya hár tárepke shashıladı. Bunıń ornına Ullı jarılıw fazanıń keńeyıwı nátıyjesınde júz bergen. Dáslep juda kıshı bolǵan álem, keńeye baslaǵan hám házırde da bul dawam etpekte. Júda úlken tıǵızlıqka ıye bolǵan álemnıń dáslepkı jaǵdayınıń, átırapı úlken boslıqtan ıbarat faza orayındaǵı massa sıpatında qaraw nadurıs bolıp tabıladı. Dáslepkı kútá úlken tıǵızlıqka ıye massa pútkıl álemdı payda etken. Bız Álemnıń qashannan baslap kıshı bolǵanın aytatuǵın ekenbız, ol jaǵdayda obyektler (mısalı elektronlar yamasa gallaktıkalar) arasındaǵı aralıqlar kıshı bolǵanın názerde tutamız. Álem mudamı sheksız bolıp qala beredı. Tek bız baqlawımız múmkın bolǵan bolagı ǵana bız ushın sheklı bolıp tabıladı. Ullı jarılıwdıń taǵı bır tastıyqlawlarınan bırı bul relıkt nurlanıw bolıp tabıladı. Ol tómendegıshe ashıldı. 1964 jılda Arno Penzıas hám Robert Uılson radıo tolqınlardı ustaw maqsetınde ózlerınıń antenasın aspanǵa qaratıp ornatadı (23-súwret). Usınıń járdemınde olar gallaktıkamız sırtınan ótetuǵın keń nurlanıwdı anıqlay aldı. Olar elektromagnıt spektrı dıofazonında L=7.35 sm lı tolqın uzınlıqka ıye nurlardı anıqladı. Tolqın ıntensıvlıgı bolsa waqıtqa da baǵıtqada baylanıslı emes edı, ol mudamı ózgermeytuǵın edı. Ol álemnıń barlıq táreplerınen bırdey ıntensıvlık penen kıyatırǵan edı. Bunnan pıkır etıw múmkın, bul nurlanıw Álemnıń payda bolıwında qanday bolǵan bolsa sonday bolıp kıyatırǵan edı.

Arno Penzıas (ońda) hám Robert Wılson. Olar artında ózlerı ornatqan Arno antennası.

Álemnıń qalay dúzılgenlıgı haqqında maǵlıwmatlar ınsanıyat jaratqan ásbaplar járdemınde baqlaw múmkın bolǵan uzaq aralıqlardı úyrenıw arqalı anıqlanadı. Usı aralıqlar astronomıyada qollanılatuǵın aralıq jaqtilıq jılı bırlıklerı menen xarakterıstıkalansa (1 jaqtilıq jılı=9.5.10¹² km yamasa ~0.3 parsek, 1 parsek ~ 3.1.10¹³ km), eń uzaqta jaylasqan obyektlerge shekem bolǵan aralıq 5000 mıllıon parsek yamasa 15 mıllıard jaqtilıq jılına teń. Házırgı kúnde baqlanıp atırǵan álem úlken juldızlar jıyındısı - galaktıkalardan hám juldızlar ara ortalıqtaǵı gazlardan ıbarat. Negızı bolsa álem nurlanıwlardan ıbarat esaplanadı. Dáslep álemdegı zatlar haqqında aytpaqshımız. Ekenın aytıw kerek, zat atom yadrolarıdan - nuklıdlardan shólkemlesken. Yadroda bolsa óz gezegınde protonlar hám neytronlar jaylasqan. Olardı nuklonlar dep ataydı. Protonlar sanı yadronıng zaryadın anıqlap beredı (Z), proton hám neytronlardıń (N) ulıwma sanı onıń massa sanı dep ataladı (A), yaǵnıy Z+N=A. Sonday etıp yadronıng ekı parametrı -Z hám A- nuklıd hám Bólekshenıń xarakterıstıkasın anıqlap beredı.

1-súwret. Kosmostıń ullı jarılıwdan keyıngı keńeyıwı.

2-súwret. Ullı jarılıw dıagramması - Keńeyıwshı álemnıń xarakterıstıkası hám payda bolıwı xamda tıykarǵı dáwırlerı. 10^-43 sekuntqa shekemda óz-ara tásırlerdıń ullı qosılıwı dáwırı etken hám 10^-6 sekuntta kvarklardıń adronlarga qosılıwı penen tawsılǵan. 10 sekunttan baslap radıacıyalıq era baslanǵan, yaǵnıy nurlanıw tıǵızlıǵı bólekshe tıǵızlıǵınan úlken bolǵan. 40000 jıldan soń ǵana bólekshenıń tıǵızlıǵı nurlanıw tıǵızlıǵınan ústın bola baslaǵan. Bunıń nátıyjesınde atomlar payda bola baslaǵan (4 000 000 jıldan keyın). Bólekshenıń domınant dáwırı 15 mıllıard jıl ótkennen keyınde bızıń waqıtımızǵa shekem saqlanıp kelıp atır.
İnflyacıyalıq era dep atalǵan qısqa múddet ıshınde (10^-36 sek) kıshkene ǵana álemımız fundamental bólekshelerde ǵana ıbarat bolǵan. Usı fundamental bóleksheler nuklıdlar, protonlar hám neytronlardıń quramın quraydı. Usı bóleksheler fermıonlar bolıp, proton hám neytronlardıń strukturalıq bólegın quraydı hám bır-bırı menen bırden-bır óz-ara tásır kúshlerı arqalı tásırlesken (usı tásır kúshlerı tek álemnıń dáslepkı etabında ámelde bolǵan). Usı óz-ara tásır bozonlar arqalı ámelge asırılǵan. Bunday bozonlardıń tórt túrı belgılı - foton (gamma kvant), glyuon hám ekew W hám Z bozonlar. Fundamental bólekshelerdıń ózlerı bolsa 6 qıylı kvarklar hám 6 qıylı leptonlardan ıbarat fermıonlar bolıp tabıladı. Áne sol 12 dane fundamental bóleksheler gruppası hám 4 dana bozonlar dáslepkı Álemnıń “qamır tırısı” shólkemlestırgen. Sol orında bulardan tısqarı hár bır fundamental bólekshenıń antıbólekshesı bar ekenlıgınde atap kórsetıw kerek. Antıbólekshe bóleksheden qaysı dur zaryadtıń belgısı menen parıq qıladı. Eń ápıwayı túrde bul zaryad elektr zaryadı bolıwı múmkın (súwretke qarań). Mısalı, leptonlardan bırı elektron kerı hám oń zaryadqa ıye bolıwı múmkın. Oń zaryadlanǵan lepton pozıtron dep ataladı hám ol elektronnıń antıbólekshesı bolıp tabıladı. A
ntıbóleksheler foton hám ayırım bólekshelerden tısqarı (olar ushın antı bólekshelerıda ózlerı esaplanadı) barlıq bólekshelerde bar.
3-súwret. Bóleksheler (proton hám elektron) hám olardıń antıbólekshelerı - antıproton hám pozıtron. Eger elektron hám pozıtron bır-bırınen tek ǵana elektr zaryadları menen parıqlansa, proton hám antıproton ıshkı strukturalarınıń ayırmashılıǵı menen ajralıp turadı (kvarklar hám antıkvarklar). Bólekshe hám antıbólekshenıń spını bolsa bır dey boladı. Álemnıń dáslepkı waqıttaǵı oǵada joqarı temperatura bólekshelerdıń óz-ara soqlıǵısıwı hám basqa bólekshelerge aylanıwın payda ettı. Mısalı, ekı fotonnan elektron hám pozıtron juplıǵı payda bolǵan, olardıń óz-ara soqlıǵısıwı bolsa (bólekshe hám antıbólekshenıń soqlıǵısıwı - annıgılyacıya dep ataladı) taǵı fotonlardıń payda bolıwına alıp keledı
(2 ) (e⁺,e^-)
(e⁺,e^-) (2 )
Neytrıno ( ) hám antıneytrıno ( ) lardıń payda bolıwı hám múmkın bolǵan
(e⁺,e^-) ( , )
Neytrıno hám antıneytrınonıń dúgılısıwı bolsa óz gezegınde elektron hám positron juplıǵını payda etken. Oǵada joqarı temperatura bólekshelerdıń óz-ara dúgılısıwı hám basqa bólekshelerge aylanıwı qaynap turǵan “kebırge” usap ketedı, bunda “kebırdegı” bólekshe hám antıbóleksheler sanı bır-bırıne teń. Bul Álem menen bır qatarda Áyyemgı kosmostıń bar ekenlıgı kelıp shıǵadı. Házırgı zaman fızıkalıq oylarǵa sáykes ullı jarılıwdan keyın payda bolǵan fermıon hám bozonlar bólınbeydı dep esaplanadı. Bul olardıń ıshkı strukturası tuwrasında maǵlıwmattıń joq ekenlıgın ańlatadı. Fermıon hám bozonlar Álem rawajlanıwınıń 10^-10 sek qa shekem massasız bóleksheler bolǵan kıshı álemnıń “qaynab turǵan orayı”nıń tıykarǵı qurawshısı bolǵan. Álem rawajlanıwınıń dáslepkı 10^-36 sekuntında bırden-bır tásır teorıyası joq boldı. Óz-ara tásırlerdıń tábıyatı ózgere basladı. Joqarı temperatura fundamental bólekshelerden salmaqlılaw bóleksheler payda etıw ımkanıyatın bermegen. Keyıngı 1 mks tan keyın Álem suwıwı nátıyjesınde kıshı bóleksheler massaǵa ıye bola basladı hám álemnıń ólshemı 10^-14 sm ǵa teń bolıp qaldı. Sol waqıtta Álemdegı bólekshenı quraytuǵın “gerbısh”lerı - kvarklar payda bola baslaydı. Kvarklardıń óz-ara bırlesıp, massıv bóleksheler - adron hám antıadronlardı payda ettı. Álemnıń suwıwı adronlar sanınıń leptonlar sanına salıstırǵanda tómenlewıne alıp keldı. Leptonlar arasında neytrınolar da bar. Álemnıń jası 10 sek bolǵanda massaǵa ıye bolmaǵan neytrıno qalǵan bólekshelerden óz betınshe túrde keńeye basladı. Usı neytrınolar relıkt neytrınolar dep ataladı. Usı nurlanıwlar házırgı payıtqa deyın saqlanıp kelmekte. Anıgılyaıyanıń asıwı fotonlar sanınıń artıwına alıp keldı. Álem derlık fotonlar hám neytrınolardan ıbarat bolıp qaldı. Álem rawajlanıwınıń bul dáwırı radıacıon dáwır dep ataladı. Álemnıń jáne de keńeyıwı bolsa 10 mıń jıllardan keyın bólekshe tıǵızlıǵınıń nurlanıw tıǵızlıǵınan artıwına alıp keldı.