Их тэсрэлт ба цоо шинэ одод

Шинжлэх ухааны хөгжлийг цаг хугацаагаар нь авч үзвэл түүнээс салаалан үлэмж холдон хөгжиж байгаагаасаа үл хамааран гайхалтай эргэлт болон буцаж нэгдэх үйл ажиллагаа явагддаг. Шинжлэх ухааны ийм түүх физик болон астрономид ч бий.

Астрономид тэнгэрийн биетийн үзэгдэх хөдөлгөөний дүрслэлээс эхлээд тэдгээрийн физик шинж чанар, судалгааны аргууд илүү анхаарал татаж, физик болон астрономийн үзэгдлийн судалгааны цагираг тасралтгүй ойртсон. Өнөөдөр энэ хоёр шинжлэх ухааны нийлэлт нь огт төсөөлж байгаагүй хэсэгт буюу бүх ертөнцийн үүслийн онол болон эгэл бөөм, атомын үүслийн онол дээр явагдаж байна.

Их тэсрэлтийн онол ёсоор бүх ажиглагдаж байгаа галактик, одод, мананцар, гаригууд нь одоогоос ойролцоогоор 15 сая жилийн өмнө явагдсан асар их хүчтэй дэлбэрэлтийн үр дүн юм.

Эхний эгшинд “Ертөнцийн радиус” нь 10^-35м, температур нь 10³³К утганд хүрсэн. Тийм их температуртай үед атом, атомын цөм төдийгүй ямар ч эгэл бөөмс оршин байх боломжгүй юм. Оршин байдаг нь батлагдсан хүчтэй, гравитацийн, сул, цахилгаан соронзон гэсэн дөрвөн харилцан үйлчлэлийн аль нь ч байгаагүй.

Их тэсрэлт явагдаж орчлон ертөнц тэлж эхэлсэн. Хугацааны 10^-35-10^-10с завсарт лептон, антилептон, кварк, антикваркийн нягт хольц үүссэн.

Ойролцоогоор 10^-6секундэд протон, нейтрон, мезон, антипротон, антинейтронд кварк болон антикваркуудын нэгдэл эхэлсэн. Бөөм болон эсрэг бөөмийн тоо хэмжээ нь бараг ижил, гэхдээ бүх тийм бөөмс нь ойролцоогоор саяны нэг хувиар эсрэг бөөмөөсөө их. Протон антипротонтой, нейтрон антинейтронтой аннигляци явагдсаны дүнд маш нягт цахилгаан соронзон цацаргалт үүснэ. Цацаргалтын нягт нь бодисын нягтаас ойролцоогоор сая дахин их.

Эхний секундын төгсгөлд температур 10¹⁰К хүртэл буурч, нягт бодисын цөмийн нягтаас бага 10⁷кг/м³ хүртэл буурч, орчлонгийн радиус нарнаас хамгийн ойр од хүртэлх зайнаас 100 дахин бага ойролцоогоор 10¹⁵м хүрсэн.

Тэсрэлт үүссэн эгшнээс хойш 1 секундээс 5 минут хүртэлх хугацаанд хоёр протон, хоёр нейтроноос тогтох гелийн цөм бий болсон.

5 минутаас 1000000 жил хүртэл дараагийн тэлэлт явагдсан. Энэ үеийн төгсгөлд цацаргалтын нягт нь ойролцоогоор бодисын нягттай тэнцүү болж, 10^-19кг/м³ утгатай болсон. Ертөнцийн радиус 10²⁴м эрэмбийн утганд хүрч одоогийн хэмжээнээс ойролцоогоор 100 дахин бага болж, харин температур нь 3000К-д хүрсэн. Температурын энэ утганд атомын цөмийн ойролцоо электроныг тогтоон барих болж устөрөгч, гелийн атомууд үүсэх процесс явагдсан. Ертөнц цааш тэлж өөрийгөө хүчтэй хөргөн, устөрөгч болон гелийгээс од, мананцар, галактик үүсэж эхэлсэн.

Их тэсрэлтээс хойш 15 сая жилийн дараа ертөнцийн радиус нь 10²⁶м, бодисын нягт нь 6^.10^-27кг/м³ хүрч, 1м³-д дунджаар дөрвөн устөрөгчийн атом агуулагдаж, галактик хоорондын цахилгаан соронзон цацаргалтын температурд 3К харгалзсан.

Устөрөгч ба гелий үүссэнээр 3К температуртай радио цацаргалтыг үүсгэн галактик тэлж байгааг Их тэсрэлтийн онолоор тайлбарласан боловч гелийгээс химийн элемент хэрхэн үүссэнийг тайлбарлаж чадаагүй. Илүү хүнд элементүүд нь ертөнцийн хөгжлийн дараагийн шатанд бий болсон бөгөөд тэдгээрийн үүсгэгч нь улайссан цоо шинэ одод юм.

Гравитацийн хүчний шахалтаар хийн температур шууд нэмэгдсэний дүнд одон дээр устөрөгч, гелий конденсацлагдан устөрөгчөөс гелий үүсэх халуун цөмийн синтезийн процесс эхэлдэг. Нар шиг тийм одны устөрөгчийн нөөц нь ойролцоогоор 10сая жил тасралтгүй гэрэлтэхэд хүрэлцэнэ.

Хэрэв од нарнаас 10 дахин их масстай бол илүү тод гэрэлтэх бөгөөд устөрөгчийн нөөцөө ойролцоогоор 1000 дахин хурдан шатааж 10сая жил гэрэлтэнэ. Устөрөгчийн нөөц дуусахад тийм одны гүн дэх халуун цөмийн урвал зогсож, даралт температур бууран од агшиж эхэлдэг.

Одны шахагдалт хэдэн арван мянган жил үргэлжлэх бөгөөд энэ үед одны төв дэх нягт 6^.10³кг/м³-аас 10⁶кг/м³ хүртэл өсөж, температур нь 40000 кельвинээс 190000 кельвин хүрдэг. Температурын ийм өндөр утганд гелийн цөмөөс устөрөгч, нүүрстөрөгчийн цөмийн синтезийн урвал эхэлдэг. Одны төв хэсэгт температур нэмэгдэх нь шаталтанд хүргэнэ. Энэ үед гадаад бүрхүүл нь тэлж одны радиус 300сая километрт хүрэх бөгөөд дэлхийн орбитын радиусаас хоёр дахин их болно.

Гелийн нөөцийг сая жил зарцуулсны дараагаар шахалтын шинэ цикл явагдаж 2^.10⁸кг/м³ нягт, 740 сая Кельвин температурт нүүрстөрөгчийн цөмөөс  неон, магний, натрийн цөм үүсэх синтезийн урвал эхэлдэг. Нүүрстөрөгч ойролцоогоор 12000 жилд шахагдаж, ойролцоогоор 12 жилийн дараа 1.6сая Кельвин температурт неон, тэгээд хүчилтөрөгч (2.1сая К, 4 жил), хүхэр, цахиур (3.4сая К, 1 долоо хоног) үүснэ.

Хүхэр болон цахиурын цөмөөс синтезээр төмрийн цөм үүсдэг. Төмрийн цөм нь энерги ялгаруулан синтез нь явагддаг хамгийн хүнд цөм юм. Түүнээс илүү хүнд цөмд синтез явуулахын тулд энерги шаардагддаг. Иймд синтезийн урвал цаашид явагдахгүй бөгөөд одны төмөр голд энерги ялгарах нь зогсдог. Одны төмөр голын масс нь хоногт ойролцоогоор нарны массаас 1.5 дахин их утганд хүрдэг. Энэ эгшнээс одны төмөр гол дотор энергийн үүсгүүр байхгүй болж асар их гадаад даралтыг тогтоож чадахгүй болж маш хурдан агшиж эхэлнэ. Секундын бага хувьд одны төвийн хэсэг ойролцоогоор дэлхийн радиустай ижил болж улмаар 100км орчим болно. Электрон протон руу “чихэгдэж” тэдгээр нь нейтронд хувирахаар тийм их утганд даралт хүрч, 100км  бөмбөлөг нь нейтронон од болно. Нарнаас их масстай бодис секундын нэг хувьд унахдаа бодисыг маш хүчтэй шахаж түүний нягт нь ердын атомын цөмөөс ойролцоогоор 1.5 дахин нэмэгдэнэ. Шахалтын дараагаар цөмийн  шахагдсан бөмбөлгөөс долгион цацарч эхэлдэг. Тархаж байгаа долгион нь одны төв рүү үргэлжлэн унаж байгаа бодистой тааралдахад температур нь ойролцоогоор 10сая К хүртэл нэмэгдэж улайссан цоо шинэ од гэж нэрлэгдэх асар их хэмжээний тэсрэлт явагддаг.

Улайссан цоо шинэ од үүсэх үед 3^.10⁴⁶Ж энерги ялгарна. 10 секундын хугацаанд нарны 10 сая жилд цацаргаснаас 100 дахин их хэмжээтэй энергийг сулладаг. Энэ энергийн 99%-аас илүү нь бөөмийг нейтринод хувиргадаг. Гэрлийн цацрагийн нэг хувьд ойролцоогоор тэсрэлтийн нийт энергийн зуун саяны гурван хувь нь шилждэг. Гэхдээ цоо шинэ одны гэрлийн цацрагийн энергийн ийм бага хэсэг нь нарны хамгийн их гэрэлтэлтээс 100 сая дахин их юм.

Ирээдүйн цоо шинэ одны гүн дэх температур нь түүний төвөөс холдоход хэмжээгээрээ багасдаг. Иймд нэгэн эгшинд янз бүрийн гүнд ялгаатай цөмийн синтезийн урвал явагдаж янз бүрийн химийн элементээс тогтсон давхарга бий болдог.

Цоо шинэ одны дээд үед нартай ижил масстай бодис дэлбэрэхэд одод хоорондын огторгуйд секундэд сая километрийн хурдтайгаар цацагддаг. Дэлбэрэлтийн процессд цөмийн урвал үргэлжилсээр байх ба төмрөөс бусад үлдсэн химийн элементийн цөм бий болдог. Ийм тохиолдолд гаригийг бүрдүүлэх бодис үүсэн, улмаар гариг дээр амьдрал, хувьсал, төрөлтийн процесс эхэлдэг.

Цоо шинэ од улайсах нь ховор үзэгдэл юм. Олон зуун сая од агуулсан галактикд цоо шинэ одны улайсалт нь хэдэн зуун жилд нэг л байдаг. Гэхдээ манай галактик үүссэн 10сая жилд орчлон ертөнцөд хэдэн сая цоо шинэ одны улайсалт явагдсан.

Ш.Жаргалсүрэн