Общая теория относительности и космомикрофизика \\ Отчет за 2000 год

Общая теория относительности и космомикрофизика
Отчет за 2000 год

1  Краткая аннотация научных достижений

Подробный отчет об исследованиях в области общей теории относительности и космомикрофизики в России и в мире в 2000 г. содержится в подготовленном при активном участии рабочей группы специальном номере журнала Gravitation&Cosmology, v. 6 (2000), Supplement, Cosmoparticle physics.

Краткая аннотация научных достижений, которые можно отнести к наиболее существенным по результатам работы за 2000 год в рамках тематики рабочей группы.

Исследования по космомикрофизике нацелены на изучение фундаментальной взаимосвязи микро- и макро- мира, на развитие физических оснований космологии, астрономии и представлений о структуре материи и Вселенной. При этом космомикрофизика не только выявляет физические основания современной космологии, но и дает возможности их достаточно надежной проверки. Открывая новые количественно определенные связи между физическими эффектами и астрофизическими явлениями, космомикрофизические исследования охватывают практически все основные направления астрономии, проливают новый свет на ее старые проблемы и выделяют новые аспекты в традиционных астрономических исследованиях. Задачи космомикрофизики объективно сочетают получение новых знаний о Вселенной с поиском и изучением новых законов Природы, определяющих ее строение и эволюцию. Всеобъемлющее решение этих задач требует разработки единых теорий фундаментальных сил Природы, таких как теории суперструн, на основе которых возможно объединение гравитации с теорией элементарных частиц. С целью сужения выбора реалистических вариантов моделей суперструн выявлены астрофизические эффекты, обусловленные предсказываемым в феноменологии моделей суперструн четвертым поколением кварков и лептонов и миром зеркальных (или теневых) частиц и их взаимодействий. Реализация такого подхода [1], [5] приведет к построению полного физически самосогласованного описания, в котором основы современной космологии, включающие механизмы инфляции, бариосинтеза и природу скрытой массы, вытекают из одной и той же единой теории частиц и Вселенной. В сочетании косвенных физических и астрофизических данных обоснована гипотеза о существовании 4-го нейтрино с массой 50 ГэВ и исследованы эффекты аннигиляции нейтрино 4-го поколения в гало нашей Галактики, обусловленные наличием у 4-го поколения нового взаимодействия. В этих эффектах особую роль играет Сахаровское усиление - подобное кулоновскому фактору усиление вероятности аннигиляции и рождения пар нейтрино и антинейтрино с малой относительной скоростью, обусловленное существованием нового дальнодействия у кварков и лептонов 4-го поколения [22]. Определены основные космомикрофизические критерии, которым должны удовлетворять параметры (энергетические масштабы и константы взаимодействия) моделей суперструн с горизонтальной симметрией. Одной из основополагающих составных частей современной космологии является механизм бариосинтеза, приводящий к возникновению избытка вещества по сравнению с антивеществом в ранней Вселенной. В рамках инфляционной модели неоднородного бариосинтеза разработан [3] механизм образования массивных замкнутых стенок на границе доменов вещества и антивещества. Размеры таких стенок могут значительно превышать размеры причинно-связанной области в период их образования, а их коллапс приводить к образованию первичных черных дыр с массой, значительно превышающей звездную. Проведена суммарная оценка полной массы антизвезд в нашей Галактике, при которой аннигиляция антивещества, теряемого этими антизвездами в виде звездного ветра, с газом вещества в гало Галактики, насыщает галактический гамма фон. В численных расчетах показано, что данная модель воспроизводит измеренный EGRET спектр галактического гамма фона в области неск. десятков - неск. сотен МэВ [24]. На основе астрономических наблюдательных данных теория построения феноменологической теоретико-полевой модели нового типа небарионной скрытой массы Вселенной (Лямбда-члена или квинтэссенции) обобщена на случай скалярно-тензорной (или дилатонной) гравитации [7]. Проведена первая практическая реконструкция такой теории (включая определение эффективного уравнения состояния этой материи) в случае эйнштейновской теории гравитации, используя последние наблюдательные данные о взрывах сверхновых на больших красных смещениях [6]. Важным достижением [23], открывающим новый подход к ограничениям на существование любых форм материи в ранней Вселенной в период нуклеосинтеза, явились результаты подробного картирования туманностей М17 и Орион А в радиорекомбинационных линиях (РРЛ) и анализа их ионизационной структуры, учет которой привел к полному пересмотру анализа наблюдательных данных. Оказалось, что правильная величина первичной концентрации гелия лежит в интервале (23.8 - 28.4)%, что не исключает возможность существования мира зеркальных частиц, предсказываемого в раках теории суперструн, в поиске и изучении которого астрономия играет уникальную роль.

Проведен анализ [8] практической возможности обнаружения эффекта периодичности в мультипольном спектре В-моды поляризации реликтового электромагнитного излучения во Вселенной, который явился бы прямым экспериментальным доказательством существования первичного гравитационно-волнового фона во Вселенной, в космической миссии ПЛАНК и других будущих экспериментах.

Проанализированы [26] возможности измерения параллаксов удаленных источников, параллакс которых меньше фундаментального предела точности определяемого нестационарной кривизной пространства - времени нашей Галактики. Из-за этого эффекта происходят искажение значения параллакса далекого источника. Это означает, что слабое микролинзирование приводит к искажению шкалы расстояний. Выполнен (Варшалович) расширенный статистический анализ распределений абсорбционных систем C IV и Mg II, наблюдаемых в спектрах квазаров в интервале красных смещений z = 0.2-3.2 и подтверждены особенности их пространственно-временного распределения. Наиболее вероятным источником такой пространственно-временной структуры является появление в ходе космологической эволюции выделенных эпох с характерным временным интервалом 100-700 млн. лет.

References

[1]
M.Yu. Khlopov
Physically self-consistent basis for the modern cosmology
Physics of Atomic Nuclei (2000) 63, 1020-1028

[2]
M.Yu. Khlopov, R.V. Konoplich, R. Mignani, S.G. Rubin, A.S. Sakharov
Evolution and observational signature of diffused antiworld
Astroparticle physics (2000) 12, 367-372

[3]
M.Yu. Khlopov, S.G. Rubin, A.S. Sakharov
Possible origin of antimatter regions in the baryon dominated Universe
Phys. Rev. (2000) D62, 083505

[4]
K.M. Belotsky, Yu.A. Golubkov, M.Yu. Khlopov, R.V. Konoplich, A.S. Sakharov
Anti-helium flux as a signature for antimatter globular cluster in our Galaxy
Physics of Atomic Nuclei (2000) 63, 290-296

[5]
M.Yu. Khlopov
Cosmoparticle physics as physical basis for the modern cosmology
Astronomy & Astrophysics Transactions, (2000) 19, 327-344

[6]
T.D Saini, S. Raychaudhury, V. Sahni, A.A. Starobinsky
Reconstructing the cosmic equation of state from supernovae distances
Phys. Rev. Lett. (2000) 85, 1162-1165

[7]
B. Boisseau, G. Esposito-Farese, D. Polarski, A.A. Starobinsky
Reconstruction of a scalar-tensor theory of gravity in an accelerating universe
Phys. Rev. Lett. (2000) 85, 2236-2239

[8]
J. Leggourgues, D. Polarski, S. Prunet, A.A. Starobinsky
Detectability of the primordial origin of the gravitational wave background in the Universe
Astron. Astroph. (2000) 359, 414-418

[9]
C. Kiefer, D. Polarski, A.A. Starobinsky
Entropy of gravitons produced in the early Universe
Phys. Rev. (2000) D 62, 043518

[10]
I.M. Khalatnikov and A.Yu. Kamenshchik
Diagram Technique for Perturbation Theory Calculations of the Effective Conductivity of Two Dimensional Systems
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 1-10

[11]
Maxim Yu. Khlopov
Cosmoparticle Physics - Physical Basis for Modern Cosmology
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 11-21

[12]
M. Khalatnikov and A.Yu. Kamenshchik
Chaos, Fractality and Topological Entropy in Cosmological Models with a Scalar Field
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 22-29

[13]
M.L. Fil'chenkov
Collapse, Birth of the Universe, Creation of a New Universe in the Laboratory
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 37-42

[14]
T.P. Shestakova
The Status of the Lambda-Term in Quantum Geometrodynamics in Extended Phase Space
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 47-50

[15]
S.G. Rubin, M.Yu. Khlopov, A.S. Sakharov
Primordial Black Holes from Non-Equilibrium Second Order Phase Transition
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 51-58

[16]
I.D. Novikov
Inside the Event Horizon
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 59-62

[17]
I. Dymnikova, A. Dobosz, M.L. Fil'chenkov and A. Gromov
A Baby Universe Inside a Black Hole and Variability of the Cosmological Constant
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 78-93

[18]
D.Yu. Golubkov, Yu.A. Golubkov, M.Yu. Khlopov
Color Emission by Primordial Black Holes
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 101-106

[19]
B. Novosyadlyj, R. Durrer, S. Gottlober, V.N. Lukash, S. Apunevych
Determination of Cosmological Parameters from Large Scale Structure Observations
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 107-115

[20]
Yu.N. Gnedin
Axion Astronomy: Searching for Particle Dark Matter
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 116-127

[21]
Yu.N. Parijskij
RATAN-600 and "Sakharov Oscillation": First Results
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 134-139

[22]
K.M. Belotsky, M.Yu. Khlopov, K.I. Shibaev
Sakharov's Enhancement in the Effect of 4th Generation Neutrino
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 140-143

[23]
Roman L. Sorochenko, Alexander P. Tsivilev
Measuring of Primordial Helium Abundance by Radio Recombination Lines (RRL)
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 148-150

[24]
Yu.A. Golubkov, M.Yu. Khlopov
Diffuse Gamma Flux from Antiproton Annihilation in Our Galaxy
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 151-156

[25]
G.E. Volovik
Links Between Gravity and Dynamics of Quantum Liquids
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 187-203

[26]
Mikhail Sazhin
Quasi-Inertiality of the Celestial Reference Frame
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 214-220

[27]
S.B. Popov, V.M. Lipunov
Neutron Stars in X-Ray Pulsars and Their Magnetic Fields
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 219-233

[28]
T.N. Dorokhova and N.I. Dorokhov
Multipulsed Optical Outburst of A0535+26
Gravitation&Cosmology (2000) 6, Supplement, 234-238

2  Перечень мероприятий (совещаний, конференций и т.п.), проведенных в 2000 году по тематике секции при участии членов секции

  1. Объединенный Европейский и Национальный съезд астрономов в Москве JENAM-2000 (Москва, июнь 2000) - руководство секциями
  2. 9 Конференция Марселя Гросмана по общей теории относительности (Рим, июль 2000) - руководство секциями

3  Пожелания по поводу плана работ секции

  1. В 2001 г. целесообразно поддержать следующие мероприятия

    5 Международная конференция по космомикрофизике (Космион-2001), посвященная 80-летию А.Д. Сахарова (Москва, 21-27 мая, 2001) - ее проведение было поддержано решением Общего собрания Секции от 23.10.99.

    5 Азиатско-Тихоокеанская конференция по гравитации (Москва, 1-7 октября 2001) и провести анализ результатов этих конференций.

  2. В перспективный план исследований на 10 лет целесообразно включить

    Космомикрофизические исследования физически обоснованных и самосогласованных инфляционных космологических моделей с бариосинтезом и небарионной скрытой массой.

    Исследование физических свойств и астрофизических проявлений гравитационно скученной небарионной скрытой массы (нейтралино, аксионы, массивные нейтрино, теневые и зеркальные частицы и т.д.)

    Исследование физических свойств и астрофизических проявлений гравитационно нескученной небарионной скрытой массы (переменный космологический член, квинтэссенция, нестабильная скрытая масса и т.д.)

Координаторы Рабочей группы
Чл.корр РАН А.А. Старобинский
Проф. М.Ю. Хлопов