§ 2. Адиабатические возмущения. Предпосылки

Мы начнем с изложения теории происхождения галактик из адиабатических возмущений. Наиболее современный обзор состояния этой теории дан в докладе Дорошкевича, Сюняева, Зельдовича (1973).

Ниже рассматривается развитие возмушений после рекомбинации рассмотрение доводится до стадии образования гравитационно связанных обособленных масс, т. е., предположительно, протоскоплений галактик.

Таким образом, рассмотрение захватывает период, когда возмущения нельзя уже считать малыми и линейная теория малых возмущений неприменима.

Формально можно было бы задаться произвольным начальным распределением плотности и скорости нейтрального газа после рекомбинации и исследовать — аналитически или численно — дальнейшую судьбу и эволюцию газа.

Однако в действительности очень важно поставить более узкую задачу и ограничиться возмущениями, получающимися из начальных адиабатических возмущений. Это составляет содержание «адиабатической теории». Такое ограничение позволит развить приближенную теорию процесса, применяя соображения о нелинейных стадиях эволюции, развитые в предыдущей главе.

Свойства адиабатических возмущений, которые используются в дальнейшем, следующие

1) Движение является потенциальным, вихрь скорости равен нулю в начальный момент и, следовательно, остается равным нулю и дальше, до момента образования ударной волны.

2) Начальные возмущения в момент рекомбинации малы. После рекомбинации следует продолжительный период, когда возмущения малы и справедлива линейная теория.

В линейной теории молено выделить затухающие и растущие возмущения. Начальная их амплитуда одного порядка, за длительный период затухающие возмущения практически исчезнут. Движение, которое предстоит продлить в нелинейную область, является растущим возмущением со всеми вытекающими отсюда следствиями: в частности, растущее движение является безвихревым.

3) Линейная теория применима к периоду до рекомбинации. Естественно предположить, что на ранней стадии амплитуда возмущений была более или менее плавной функцией длины волны.

Интервал длин волн, важный для образования галактик, не широк. В этом интервале, вероятно, можно задаться степенной зависимостью амплитуды от длины волны:

Здесь есть величина, введенная в § 2 гл. 12, так что показатели связаны между собой:

Затухание, связанное с диссипативными процессами, приводит к глубокому изменению вида спектра. Обобщенно функцию затухания можно записать в виде

где порядка (см. гл. 10, § 2),

Точный вид функции не так важен — дело сводится к тому, что затухают волны, соответствующие и не изменяются волны с

4) После рекомбинации происходит перестройка движения; возникающие растущие возмущения характеризуются амплитудой

5) После рекомбинации можно пренебречь давлением нейтрального газа при рассмотрении эволюции возмущений. Основанием является тот факт, что джинсовской массы нейтрального газа (см. ниже § 3). Благодаря этому применима приближенная теория роста возмущений в пылевидной среде, изложенная в § 2 гл. 13.

Обратимся к картине движения, вытекающей из пунктов 1)-5).

В приближенной теории было выяснено, что с течением времени возникают области бесконечной плотности. После возникновения такой области ближайшие частицы газа наталкиваются на плотный газ и останавливаются. Ниже мы рассмотрим подробнее движение газа, его нагревание ударной волной и дальнейшую судьбу сжатого газа.