Гравитация и вселенная - Дикке Р.
Скачать (прямая ссылка):
к главной последовательности, слишком холодны и температуры в их атмосферах недостаточны, чтобы возбуждать линии спектра гелия. Что же касается немногих относящихся к населению II горячих звезд, то все они зашли далеко в своей эволюции, и их внешние слои, вероятно, обогащены гелием, образовавшимся при выгорании водорода в их недрах.'
Любопытно, что у этих горячих голубых звезд обнаружены лишь очень слабые линии гелия; однако не ясно, как это следует истолковать, потому что слабые линии98
III. Космический і?огненный шар» и гравитация
наблюдаются иногда и у голубых звезд населения I, относительно которых известно, что гелия в них много.
Другой возможный способ определить содержание гелия в звездах населения II опирается на соотношение между массой, средним молекулярным весом и светимостью звезды. Теоретически светимость звезды сильно зависит от среднего молекулярного веса ее- вещества и приблизительно пропорциональна его седьмой степени. Если известны как масса, так и светимость, то можно определить средний молекулярный вес звезды, а тем самым и содержание в ней гелия. К сожалению, примерно из дюжины звезд, массы которых надежно измерены, ни одна не относится к населению II.
Вопрос о содержании гелия очень серьезен, так как при вычислении возраста этих наиболее старых звезд получаются различные (почти на 50%) результаты,, в зависимости от того, какое содержание гелия в них мы примем. Посмотрите на рис. 36, но помните, что приводимые в более поздних публикациях возрасты на несколько миллиардов лет меньше, чем на этом рисунке. Эволюционные-возрасты звезд, вычисленные и отложенные по оси абцисс на рис. 36,— это возрасты, вычисленные в предположении^ что гравитационная «постоянная» не изменяется; Согласно скалярно-тензорной теории тяготения, светимость в; прошлом была выше, так как она изменяется приблизив тельно пропорционально седьмой степени гравитационно® «постоянной». Поэтому-то в этой теории получаются меньшие возрасты [32]. Сплошной линией на рис. 36 изображена связь между эволюционным возрастом, рассчитанным: согласно общей теории относительности, и моментом возникновения, полученным из скалярно-тензорной теории тяготения, если принять хаббловский возраст Вселенной: IO10 лет и теперешнюю среднюю плотность 2-Ю-29 г/см3.
Следовало бы отметить, что для эволюционного возраста звезд населения II скалярно-тензорная теория тяготения дает 15-IO9 лет (или 2-Ю10 лет, если за хаббловский. возраст.принять 13-Ю9 лет). Для эволюционного возраста 2-Ю10 лет требовалось бы, по-видимому, очень низкое содержание гелия, согласующееся с предсказаниями скаляр-но-тензорной теории тяготения. Однако общая теория относительности дает 27% содержания гелия и меньший99 III. Космический і?огненный шар» и гравитация
возраст — возможно, только IO10 лет, что согласуется с хаббловским возрастом 15-IO9 лет. Обе трактовки достаточно хорошо согласуются с теперешней скоростью расширения Вселенной *[5] (которой соответствует хаббловский возраст) и с возрастом Галактики, определенным по радиоактивному распаду урана [4].
При падении температуры «огненного шара» до 4000 К, когда плазма начинает рекомбинировать и появляются облака газа, гравитационная «постоянная» в скалярно-тензорной теории тяготения в 3,4 раза превышала ее теперешнее значение, если принять теперешнюю плотность 2 • IO-29 г/см3 и хаббловский возраст IO10 лет (при со = 5). Если теперешняя платность равна 7-Ю-31 г/см3, то гравитационная «постоянная» окажется в 1,75 раза больше. Массы образующихся из газа облаков зависят от величины гравитационной «постоянной» в момент образования, а также от средней плотности Вселенной.
Средние размеры таких облаков — зародышей скоплений — определяются джинсовской длиной [27, 28]
где m — масса атома водорода, Г=4000 К — температура газа, р — плотность газа при этой температуре. Средняя масса облака приблизительно равна
Для двух значений теперешней средней плотности, рассматриваемых нами (2-Ю-29 и 7-Ю-31 г/см3), в общей теории относительности получаются ожидаемые значения масс шаровых скоплений 6-Ю5 и 3-Ю6 солнечных масс. В скалярно-тензорной теории тяготения эти массы оказываются равны 1-Ю5 и 1,5-IO6 солнечных масс соответственно.
Если допустить, что мы правильно описали возникновение шаровых звездных скоплений и что эти последние не испытали существенных потерь массы, наблюдаемые значения масс скоплений могут оказаться полезными при определении теперешней плотности материи во Вселен-
(15)100 III. Космический «огненный шар» и гравитация
ной, а может быть, и при выборе между разными теориями тяготения.
Однако это слишком оптимистический взгляд на вещи. Многие астрономы сомневаются в этой теории шаровых звездных скоплений и в возможности «испарения» звезд из шаровых скоплений. Более того, нам известны массы всего лишь двух шаровых звездных скоплений, равные приблизительно 1,4-105 и 2,5-105 солнечных масс. Хотя эти значения масс как будто говорят в пользу большей плотности массы во Вселенной и в пользу скалярно-тензорной теории тяготения, такое истолкование их крайне ненадежно.