Гравитационные линзы и микролинзы - Захаров А.Ф.
ISBN 5-88929-037-1
Скачать (прямая ссылка):
Напомним, что в космологии для характеристики плотности довольно часто используют параметр О (Долгов и др. (1988)):
где G - гравитационная постоянная, Я о - постоянная Хаббла, рс " критическая плотность, h = Яо/(100 км-с_1-Мпк). При О > 1 (р > рс) Вселенная трехмерно замкнута, и наблюдаемое в настоящее время расширение должно смениться сжатием, тем не менее, этот вывод может быть неверен для космологических моделей с ненулевым Л-членом. При fi < 1 Вселенная открыта и расширение будет вечным. Случай р = рс соответствует пространственно плоской Вселенной с обычной эвклидовой геометрией.
А > ^2 = 1.3416, Am > 0.3191m, (u < 1), (9.12)
О = р/ре, рс = 3H%/8ttG = 2 X 10~29/г_2г • см
-з
(9.13) д 2 Проблема скрытой
массы 235
"" Наблюдательные проявления наличия скрытой массы подробно обсуждены в обзоре Kappa (1994).
Так, Oopr (1932) по наблюдениям скоростей звезд и распределе-
плотности в направлении, перпендикулярном Галактическому Й^їо _ 'і
диску, обнаружил, что плотность диска порядка О.ІМдпк , что нашого превышает плотность, оцениваемую по наблюдаемым видимым звездам. Тем не менее, свидетельство о наличии скрытой массы в данном случае нельзя считать несомненным. По наблюдениям F карликовых звезд и K-гигантов, Бакалл и др. (1992) пришли к выводу, что гипотеза об отсутствии скрытой массы в диске галактики может быть принята только при 14% уровне достоверности, а наиболее достоверная величина плотности скрытой массы составляет О.15М0 пк-3, что соответствует величине плотности скрытой массы на 53% больше, чем плотность видимого вещества. Т.о., существование скрытого вещества в диске должно рассматриваться как открытая проблема.
Наилучшим свидетельством наличия скрытого вещества в спиральных галактиках, по мнению Kappa (1994), являются кривые вращения спиралей, т.е. зависимость скоростей вращения от галакто-центрической координаты R, что позволяет измерить профиль плотности р(Я). Важным признаком существования скрытого вещества в нашей и во многих других спиральных галактиках является то, что кривая вращения после некоторого начального роста остается приблизительно постоянной при увеличении R (Рубин и др. (1980)). Отсюда следует, что масса внутри шара радиуса R растет приблизительно как R, т.е. быстрее, чем масса видимых звезд. Валентайн (1990) утверждал, что в спиральных галактиках достаточно много пыли, что влияет на непрозрачность, и, тем самым, наблюдается значительно меньше звезд, но вероятность этого, по-видимому, пренебрежимо мала (Бюрштейн и др. (1991)). Фич и Тремейн (1991) пришли к выводу, что из исследования динамики шаровых скоплений и спутниковых галактик следует существование гало с радиусом
менее 30 кпк, а из исследования динамики Локальной Группы галактик можно заключить, что радиус гало должен быть порядка 70 Кпк. Тем не менее, Зарицки и др. (1993), опираясь на наблюдения Спутниковых галактик, пришли к выводу, что спиральные галакти-^ имеют гало протяженностью до 200 кпк. Т.о., можно считать, что Имеется наличие скрытого вещества в галактиках, исходя из плоских кРивых вращения (Персик и Салуччи (1995)) и из движения спутниковых галактик (Зарицки и Уайт (1994)).
Обсуждение попыток обнаружить скрытое вещество в эллиптиче-Ск«х и карликовых галактиках можно найти в обзоре Kappa (1994), Co-1O-
236 Глава 9. Микролинзиров^щ Jte
так, в частности, Лин и Фабер (1983), Ааронсон (1983) приводят общения о наличии гало из скрытого вещества у карликовых сфер идальных галактик.
Измерение дисперсии скоростей показывает наличие скрытого ве щества как в небольших группах галактик, так и в богатых скоц лениях галактик, причем в богатых скоплениях плотность скрытоГо вещества может, по крайней мере, в 10 раз превышать плотность видимой материи, которую составляют звезды и газ в скоплениях (Цвикки (1933) и Уайт и др. (1993)). Подобная оценка получена также и по рентгеновским наблюдениям газа в скоплении (Уайт и др (1993)), и по исследованию слабого гравитационного линзирования Тайсоном и Фишером (1995).
Исходя из данных наблюдений, плотность скрытого вещества в дисках галактик характеризуется величиной Cld ~ 0.001, в гало Cld ~ 0.01 - 0.1, в скоплениях галактик Qd ~ 0.1 — 0.2, тогда как в наиболее популярных в настоящее время инфляционных космологических моделях плотность должна быть равна критической (О = 1), точнее, как заметил Линде (1990), плотность должна быть равна критической с точностью до малой поправки Sp/р ~ 10_3 — IO-4.
9.2.2. Барионная или небарионная скрытая масса? Природа скрытого вещества является одной из важнейших проблем современной физики. Одной из рассматриваемых возможностей является модель скрытого вещества, состоящего из обычной барионной материи, т.е. протонов и нейтронов.
Имеется очень важное ограничение на общее количество барио-нов во Вселенной, получаемое из наблюдательных данных о распространенности легких элементов (D, 3He, 4He, 7Li) и предсказания, сделанного на основе теории первичного нуклеосинтеза. Это ограничение состоит в том, что если для средней плотности барионов рь ввести безразмерную величину О ь := рь/рс, то 0.009 < Оь < 0.14 (Копи и др. (1995). Поскольку на плотность видимого вещества имеются следующие ограничения 0.003 < Qium ^ 0.007 (Персик и Салуччи (1992)), откуда следует, что даже если Оь принимает минимальное значение, то необходимо признать существование скрытого барион-ного вещества. Можно заметить, что верхний предел величины согласуется с плотностью скрытого вещества на галактических масштабах, для которых имеет место неравенство 0> 0.1 (Руле и Молле-рах (1996)). Тем не менее, при наблюдениях на масштабах скоплений или более, плотность скрытого вещества характеризуется величиной Qtot > 0.2 — 0.3 (Бертшингер и Декель (1989)), а в случае рассмотрения инфляционных космологических моделей (как ранее упомина- д 2 Проблема скрытой массы 237
