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.
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.
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