Рецензенты:
академик Ю. Н. ПАРИЙСКИЙ
доктор физико-математических наук В. Н. ЛУКАШ
Утверждено к печати Учёным советом Физического института им. П. Н. Лебедева РАН
Формат 60x90 1/16. Печать офсетная

Монография посвящена проблеме происхождения реликтового электромагнитного излучения, включая вопросы его спектрального распределения, анизотропии и поляризации.

Сделана попытка продемонстрировать, каким образом современный аппарат теоретической физики может быть использован для исследования свойств космической плазмы и как, используя достижения астрофизики, можно расширить пределы нашего знания о таких фундаментальных явлениях природы, как гравитация, относительность и релятивизм.

Для специалистов-астрофизиков.

Предисловие	7

Глава 1
НАБЛЮДАТЕЛЬНЫЕ ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ КОСМОЛОГИИ	13
1.1. Введение	13
1.2. Современные данные о спектре реликтового излучения во Вселенной	20
1.2.1. Электромагнитное излучение космоса	24
1.3. Барионная фракция материи во Вселенной	37
1.3.1. Звёзды и звёздные остатки в галактиках	37
1.3.2. Атомная и молекулярная газовые компоненты	38
1.3.3. Барионы в скоплениях галактик	38
1.3.4. Плазма в группах галактик	39
1.3.5. Массивные компактные объекты гало (МАСНО)	39
1.3.6. Ly-a «лес» при красных смещениях z @ 3	40
1.3.7. Космологический нуклеосинтез и наблюдаемая распространённость лёгких химических элементов	41
1.3.8. Глобальные параметры современной Вселенной	48

Глава 2
КИНЕТИКА ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ВО ВСЕЛЕННОЙ	62
2.1. Введение	62
2.2. Уравнение переноса излучения в расширяющейся Вселенной	63
2.3. Обобщенное уравнение Компанейца	69
2.4. Комптоновское искажение спектра излучения при взаимодействии с горячими электронами	71
2.5. Релятивистская коррекция эффекта Зельдовича-Сюняева	74
2.6. Кинематический эффект Зельдовича-Сюняева	77
2.7. Определение H₀ по данным радио- и рентгеновской светимости скоплений	80
2.8. Комптонизация при больших красных смещениях	84

Глава 3
ИОНИЗАЦИОННАЯ ИСТОРИЯ ВСЕЛЕННОЙ	90
3.1. Неизбежность рекомбинации водорода	90
3.2. Стандартная модель рекомбинации водорода	95
3.3. Трёхуровневое приближение для атома водорода	96
3.3.1. Уравнения для заселённости уровней	98
3.4. Качественный анализ рекомбинационных режимов	102
3.5. Детальная теория рекомбинации. Многоуровневое приближение	104
3.6. Численный анализ кинетики рекомбинации	111
3.7. Искажение спектра реликтового излучения в ходе космологической рекомбинации	120
3.8. Неизбежность реионизации водорода	125
3.9. Тип скрытой массы и детальный ионизационный баланс	127
3.9.1. Феноменология реионизации	129
З.10. Механизмы искажений кинетики рекомбинации водорода	138
3.11. Кинетика рекомбинации при наличии источников ионизации	142

Глава 4
РЕЛИКТОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ И МАЛЫЕ ВОЗМУЩЕНИЯ ОДНОРОДНОЙ КОСМОЛОГИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ	147
4.1. Перенос излучения в неоднородной среде	147
4.2. Классификация типов начальных возмущений	151
4.2.1. Скалярные моды	152
4.2.2. Векторные и тензорные функции	155
4.3. Калибровочная инвариантность	157
4.3.1. Ньютоновская калибровка	158
4.3.2. Синхронная калибровка	159
4.4. Многокомпонентная среда. Классификация типов скалярных возмущений	160
4.4.1. Адиабатические (изоэнтропийные) моды	160
4.4.2. «Изопотенциальные» моды	162
4.4.3. Энтропийно-изопотенциальная мода	164
4.4.4. Изотермическая мода	164
4.4.5. Происхождение потенциальных флуктуации. Однородность и изотропия Вселенной в среднем	166
4.4.6. Пекулярности потенциала инфлантона	167
4.4.7. Многокомпонентная инфляция и генерация изопотенциальных мод	170
4.5. Ньютоновская теория эволюции малых возмущений	174
4.5.1. Адиабатические возмущения	177
4.5.2. Изопотенциальные возмущения	179
4.6. Релятивистская теория эволюции возмущений в расширяющейся Вселенной	181
4.7. Сахаровские модуляции спектра возмущений плотности в барионной Вселенной	188
4.8. Сахаровские осцилляции. Наблюдения корреляций	200

Глава 5
ПЕРВИЧНАЯ АНИЗОТРОПИЯ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ	205
5.1. Введение	205
5.2. Эффект Сакса и Вольфа	209
5.2.1. Дипольная анизотропия	214
5.2.2. Квадрупольная анизотропия реликтового излучения и высшие гармоники	223
5.2.3. Гравитационные волны как источник крупномасштабной анизотропии реликтового излучения	229
5.3. Эффекты Силка и Доплера. Сахаровские осцилляции спектра реликтового излучения	232
5.3.1. Диссипация возмущений в эпоху рекомбинации водорода	243
5.4. Зависимость С(l) от параметров космологической модели	246
5.4.1. Плотность тёмной материи в галактиках и скоплениях	247
5.4.2. Плотность барионной фракции материи	248
5.4.3. Космологическая постоянная	249
5.4.4. Показатель спектра адиабатических возмущений	250
5.4.5. Изопотенциальные (isocurvature) начальные возмущения	251
5.4.6. Роль безмассовых нейтрино	252
5.4.7. Массивные нейтрино	252

Глава 6
ПЕРВИЧНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ	256
6.1. Введение	256
6.2. Электрическая и магнитная компоненты поля поляризации	262
6.3. Локальное и нелокальное описание поляризации	266
6.4. Геометрическое представление поля поляризации	269

Глава 7
СТАТИСТИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СЛУЧАЙНЫХ ПОЛЕЙ АНИЗОТРОПИИ И ПОЛЯРИЗАЦИИ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ	279
7.1. Введение	279
7.2. Спектральные параметры гауссова поля анизотропии	282
7.3. Локальная топология случайного гауссова поля анизотропии. Статистика пиков	285
7.4. Структура сигнала в области максимумов и минимумов анизотропии реликтового излучения	292
7.5. Статистика пиков на картах анизотропии	295
7.6. Кластеризация пиков на картах анизотропии	305
7.7. Функционалы Минковского	312
7.7.1. Расчёт карт	316
7.7.2. Расчёт площади кластеров	319
7.8. Статистическая природа сигнала в данных BOOMERANG и MAXIMA-1	326
7.9. Простейшая модель негауссова сигнала и её проявление в функционалах Минковского	329
7.10. Топологические особенности поля поляризации	333

Глава 8
«ПЛАНКОВСКАЯ ЭРА» В ИЗУЧЕНИИ АНИЗОТРОПИИ И ПОЛЯРИЗАЦИИ РЕЛИКТОВОГО ИЗЛУЧЕНИЯ	341
8.1. Введение	341
8.2. Вторичная анизотропия и поляризация реликтового излучения в эпоху реионизации	349
8.2.1. Ослабление первичной анизотропии и генерация поляризации	350
8.2.2. Линейный и квадратичный доплер-эффект	357
8.3. Вторичная анизотропия, порождённая гравитационными эффектами	359
8.4. Галактические и внегалактические шумы	362
8.4.1. Диффузные галактические источники	363
8.4.2. Внегалактические точечные источники	372

ЛИТЕРАТУРА	379

Книги на ту же тему

Численное моделирование в астрофизике, Сентрелла Д. М., Лебланк Д. М., Бауэрс Р. Л., ред., 1988
Эволюция Вселенной. — 2-е изд., перераб., Новиков И. Д., 1983
Астрофизика, 1967
Первые три минуты: Современный взгляд на происхождение Вселенной, Вайнберг С., 1981
Звёзды: их рождение, жизнь и смерть. — 2-е изд., Шкловский И. С., 1977
Вселенная, жизнь, разум. — 6-е изд., доп., Шкловский И. С., 1987
Далёкие маяки Вселенной (К 40-летию открытия пульсаров), Амнуэль П. Р., 2007
Аномальные пульсары, Малов И. Ф., Мачабели Г. З., 2009
Звёзды: их рождение, жизнь и смерть. — 3-е изд., перераб., Шкловский И. С., 1984
Избранные труды: Химическая физика и гидродинамика. Частицы, ядра, Вселенная. В 2-х кн. (комплект из 2 книг). — 2-е изд., репринт., Зельдович Я. Б., 2014
Результаты фундаментальных космических исследований в России. 1999—2001. Национальный доклад, Боярчук А. А., ред., 2004
Результаты фундаментальных космических исследований в России. 1999—2001. Справочные материалы к национальному докладу, Боярчук А. А., ред., 2004
Лекции по теории относительности, Логунов А. А., 2002
Гравитация и относительность, Цзю Х., Гоффман В., ред., 1965
Релятивистская теория гравитации. — 3-е изд., перераб., Логунов А. А., 2012
Астрономические олимпиады. Задачи с решениями, Сурдин В. Г., 1995
Небо и телескоп. — 2-е изд., перераб., Куимов К. В., Курт В. Г., Рудницкий Г. М., Сурдин В. Г., Теребиж В. Ю., 2014
Десять заповедей нестабильности. Замечательные идеи XX века, Флауэрс Ч., 2007

elapsed time 0.054 sec

/Наука и Техника

ОГЛАВЛЕНИЕ

Книги на ту же тему