Пространственное распределение галактик и тесты релятивистской космологии тема автореферата и диссертации по астрономии, 01.03.02 ВАК РФ

САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

На правах рукописи

БАРЫШЕВ Юрий Викторович

ПРОСТРАНСТВЕННОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ГАЛАКТИК И ТЕСТЫ РЕЛЯТИВИСТСКОЙ КОСМОЛОГИИ

Специальность 01.03.02 — астрофизика и радиоастрономия

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Санкт-Петербург 2003

Работа выполнена в Научно-исследовательском астрономическом институте им. В. В. Соболева Санкт-Петербургского государственного университета Министерства образования Российской Федерации.

Защита состоится 09 октября 2003 г. в 14 ч. 00 м. па заседании дисссртациоппого совета Д 212.232.15 по защите диссертаций на соискание ученой степени доктора наук при Санкт-Петербургском государственном университете по адресу: 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 28, ауд. 2143 (математико-механический факультет).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СПбГУ.

Научный консультант: доктор физико-математических наук, профессор

Нагирнер Дмитрий Исидорович

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук, профессор

Гнедин Юрий Николаевич

доктор физико-математических наук Лукаш Владимир Николаевич

доктор физико-математических паук, академик РАН

Парийский Юрий Николаевич

Ведущая организация: Институт прикладной астрономии

Российской академии наук, Санкт-Петербург

Автореферат разослан

2003 г.

диссертационного совета

Ученый секретарь

2.ФО?- А

У842

1 Общая характеристика работы

Актуальность ТвМЫ. Современный этап развития космологии характеризуется тем, что вопросы, связанные с проверкой фундаментальной физики, оказываются ключевыми для решения многих проблем космологической физики (Тернер 2002; Пиблс 2002). Открытие абсолютного динамического доминирования экзотических форм материи вакуумоподобной темной энергии и небарионного холодного темного вещества, привело к такой ситуации в космологии, когда основные космологические параметры моделей определяются субстанцией неизвестной природы, а наблюдаемое вещество в обычных формах (звезды, газ, пыль) составляет липп. малую долю от полной 11ЖМпоели массы. Поскольку наблюдательная проверка стандартной космологической модели находится на значительно более ничком уровне, чем чкепериментальное обоснование стандартной модели физики элементарных частиц, то естественно потребовать в космологии обилия свидетельств правильности космологической модели. В космологии необходимо проверять но только следствия моделей, по также и саму физику, экстраполируемую на космологические масштабы.

Необходимость физически надежной космологической модели ясна например из того факта, что без выбора определенной космологической модели невозможно вычислить такие основные физические характеристики наблюдаемых внегалактических объектов (галактик, квазаров, скоплений), как их линейные размеры и светимости. Последнее, например, оказывается принципиальным при оценке энергетики гамма-всплесков и определении параметров их родительских галактик, имеющих большие красные смещения (см. Соколов 2002). Интерпретация астрофизических наблюдений оказывается существенно зависимой от выбора конкретной космологической модели. Неизбежно возникают вопросы: какой модели отдать предпочтение и насколько надежны основания выбранной модели?

В связи с этим, чрезвычайно актуальной задачей настоящего периода является разработка наблюдательных тестов релятивистской космологии, позволяющих

I рос. НАЦИ»!! •

укрепить физические основы космологических моделей, а значит сделать их экспериментально более обоснованными. Тесты фундаментальной физики должны быть направлены на выяснение природы скрытой массы-энергии, а также природы гравитации, являющихся главными элементами современных космологических моделей.

С момента рождения релятивистской космологии вопрос о наблюдательном тес1ировании моделей мира находился в центре внимания ас!роночов и физиков. Для этой цели Хаббл, Толмен и Сэндидж сформулировали программу выбора космологической модели по наблюдениям, где были предложены классические космологические тесты Ar(z), m{z), J(z), 6(z), т{г). Первые результаты этой программы, к сожалению, не привели к выбору определенной модели из-за недостаточности наблюдательных данных, неопределенностей в систематических ошибках и неизученных эволюционных эффектов у галактик.

В последние годы, однако, ситуация меняется коренным образом. Введение в строй крупных оптических телескопов и запуски космических обсерваторий, исследующих весь спектр электромагнитного излучения, а также завершение строительства ряда гравитационно-волновых обсерваторий привели к таким наблюдательным возможностям, на которые 10 лет назад невозможно было рассчитывать.

Настоящим триумфом применения классических космологических тестов явилось построение диаграммы Хаббла m{z) по далеким сверхновым типа 1а (Райес и др. 1998, Перлмутгер и др. 1999). Анализ этого теста привел к революционному открытию в космологии - а именно, оказалось, что динамика расширения Вселенной в современную эпоху определяется не обычной материей, а загадочной "темной энергией" (вакуум, квинтэссенция), физика которой остается неясной. Наблюдения дают величину для параметра плотности этой составляющей Qüx ~ 0.7. Возможные эффекты селекции и эволюции сверхновых типа 1а требуют дальнейшего изучения, однако уже сейчас ясно, что вакуумоподобная материя стала фундаментальной компонентой во Вселенной (Чсрпип 2001, Пиблс и Ратра 2002).

Наблюдения анизотропии микроволнового фонового излучения (МФИ) также привели к резкому ограничению на допустимую величину полного парамира плотности Паш = 1.02 ± 0.05 (де Вернардис и др. 2000). Недавние результаты наблюдений космической обсерватории \VMAP подтвердили критическое значение плотности во Вселенной с точностью до 2%. Так как доля светящегося барионного вещества составляет около 0.5%, то это означает, что 99.5% массы Вселенной находится в экзотических формах с неизвестной физикой. Это безусловно стимулирует разработку таких наблюдательных тестов, которые позволили бы прояснить физическую природу скрытой массы, а также укрепить основания космологических моделей, приводящих к такому радикальному выводу о доминировании темной материи во Вселенной.

Особую роль в космологических тестах играет изучение пространственного распределения галактик, так как это прямо связано с наблюдательными тестами космологического принципа и моделей образования крупномасштабной структуры Вселенной. Однако только с конца 80-х годов появились первые массовые обзоры красных смещений галактик, позволившие начать прямое наблюдательное изучение реального пространственного распределения галактик. Неожиданным оказалось открытие неоднородных структур с масштабами, достигающими сотен Мпк, что привело к необходимости распространения фрактального анализа на распределения галактик. Анализ наблюдательных данных совместно с численным моделированием образования крупномасштабной структуры во Вселенной также показал, что для объяснения наблюдаемых структур в рамках стандартной космологической модели необходимо привлекать доминирующую скрытую массу в небарионной форме и космологический вакуум (Лукаш 2000).

Теория гравигации являегся базисным элеменю.ч современных космологических моделей, фактически космологическая модель есть не что иное, как одно из решений уравнений гравитационного поля. Общая теория относительности, сформулированная Эйнштейном в 1915 г. как геометрическая теория гравитации, является фундаментом

релятивистской космологии. Классические тесты общей теории относительности (о!клонение лучей света, смещение перигелия Меркурия, 1рави1ационное смещение частоты) послужили важными физическими аргументами в пользу космологических моделей Фридмана. В современной теоретической физике, кроме геометрического описания гравитации, обсуждается также полевой подход, который описывает физику гравитационного взаимодействия как обмен квантами поля в плоском пространстве Минковского. В связи с фундаментальной ролью теории гравитации в космологических моделях, разработка астрофизических наблюдательных тестов природы гравитации является актуальной задачей космологии. В частности, уже вступают в строй гравитационные антенны третьего поколения, с помощью которых можно провести наблюдательную проверку эффектов сильного гравитационного поля. Это позволит укрепить основания теории гравитации, а значит и надежность космологических выводов, полученных на ее основе.

В списке Алана Сэндиджа, содержащего 23 ключевые проблемы астрономии на ближайшие тридцать лет, девять посвящены практической космологии (Сэндидж 1995). Сформулированные Сэндиджем актуальные проблемы космологии связаны с прямой наблюдательной проверкой исходных принципов и осповпых предсказаний релятивистской космологии. Решение этих проблем требует разработки космологических тестов, учитывающих современный уровень рагаития наблюдательной техники и физической теории, чему и посвящена настоящая работа.

Цель И задачи. Целью данной работы является разработка новых наблюдательных тестов релятивистской космологии, направленных на прямую проверку исходных принципов и фундаментальной физики космологических моделей. В соошететвии со структурой современных моделей, такими наблюдательными тестами являются тесты теории гравитации и тесты космологического принципа, на которых основаны космологические выводы об абсолютном преобладании во Вселенной экзотической

вакуумоподобной материи и небарионной скрытой массы с неизвестными носителями.

Поскольку центральным элементом современных космологических моделей является теория гравитации, то необходимо дать анализ современного состояния теории и эксперимента в гравитационной физике. С учетом новых наблюдательных возможностей, появляющихся при использовании космических обсерваторий, принимающих электромагнитов излучение во всем диапазоне волн, а также развитием экспериментов в гравитационной физике и вводом в строй гравитационных антенн третьего поколения, необходимо разработать астрофизические тесты природы гравитационного взаимодействия.

Учитывая новые результаты наблюдений пространственного распределения галактик, а также открытие доминирующей темной энергии, необходимо провес!и анализ релятивистских моделей, включающих фрактальное распределение галактик и однородное распределение скрытой массы-энергии в форме вакуума и квинтэссенции.

Научная новизна. В работе впервые проведено разделение космологических тестов на параметрические, направленные на оценку внутренних параметров моделей, и критические, направленные на проверку оснований космологических моделей, таких как космологический принцип и теория гравитации.

Впервые полевой подход Фейнмана к физике гравитационного взаимодействия развит до уровня, необходимого для разработки астрофизических тестов природы гравитации.

Впервые предложены астрофизические тесты, различающие геометрическую и полевую теории гравитации, включающие принцип эквивалентности для вращающихся тел (обобщенный чффркт Нордтведта) и гравитационное излучение от двойных систем и коллапса массивных звезд (скалярное гравитационное излучение).

Впервые получена оценка фрактальпой размерности пространственного распределения галактик без привлечении даппых о красных смсщспиях для выборки

галактик КЫШ с известными расстояниями, измеренными методом Талли-Фишера.

Впервые получен абсолютный верхний предел на полную массу фрактально распределенной скрытой материи во Вселенной.

Впервые получены наблюдаемые характеристики локального закона Хаббла по галактикам с расстояниями, измсреппыми по цефеидам, и дапа интерпретация малой дисперсии скоросгей в рамках двухкомпонентной модели как резулыага действия космологической вакуумоподобной материи.

Научная и практическая ценность. Научная ценность работы состоит в расширении круга наблюдательных тестов исходных принципов космологических моделей, что необходимо для обоснования надежности космологических выводов о доминировании экзотических форм материи во Вселенной.

Расширенная формулировка космологического принципа и более широкий анализ физики гравитационного взаимодействия позволяет включить в наблюдательную проверку космологические модели более общие, чем фридмановские. В частности, разработаны тесты для фрактально-однородных моделей.

Предложенные тесты релятивистской теории гравитации необходимы для планирования новых гравитационных экспериментов, направленных на получение количественных оценок и верхних пределов возможного отклонения от принципа эквивалентности и на обнаружение новых релятивистских гравитационных эффектов, включая скалярные гравитационные волны.

Предложенные тесты крупномасштабной структуры могут быть использованы при планировании и интерпретации наблюдений распределения галактик в пространстве, их кинематики и динамики, как в локальном объеме (<10 Мпк), так и на хаббловских масштабах (1000 Мпк).

Основные результаты и положения, выносимые на защиту:

1. Вывод, сделанный на основе анализа структуры релятивистских космологических моделей, о необходимости разделения наблюдательных космологических тестов на параметрические, направленные на оценку параметров моделей, и критические, такие как тесты космологического принципа, природы скрытой массы-энергии и природы гравитационного взаимодействия, направленные на проверку оснований космологических моделей.

2. Результаты анализа полевого подхода Фейнмана к описанию гравитации и вывод о необходимости разработки дополнительных астрофизических тестов физики гравитационного взаимодействия. Предложение в качестве критических тестов природы гравитации наблюдения обобщенного эффекта Нордтведта и детектирования скалярных гравитационных волн.

3. Результаты анализа пространственного распределения галактик из каталога KLUN на основе расстояний, измеренных методом Талли-Фишера, и вывод о наличии фрактальной сгруктуры без использования красных смещений галактик. Подтверждение величины фрактальной размерности Dp ~ 2 па масштабе до 200 h^ Мпк. Вывод о наличии абсолютного верхнего предела для полной массы фрактально распределенной скрытой материи во Вселенной.

4. Вывод о малой наблюдаемой величине отклонения от линейности локального закона Хаббла и малой дисперсии скоростей (<40 км/с) для галактик местного объема с расстояниями, измеренными по цефеидам.

5. Результаты применения к местному объему релятивистских моделей, учитывающих фракгальное распределение вещества и однородное распределение темной энергии, и оценку величины основных парамохров темной материи и темной энергии, необходимых для объяснения наблюдаемых характеристик локального закона Хаббла.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на ряде всесоюзных, всероссийских и международных конференций: "Релятивистская астрофизика и космология"— CAO РАН, 1988; "Проблемы физики высоких энергий и теории поля"— Протвино, 1990, 1994; "Переменность блазаров"— Турку (Финляндия), 1991; "Гравитационные линзы во Вселенной"— Льеж (Бельгия), 1993; "Гравитационно волновой эксперимент"— Фраскати (Италия), 1994; "Актуальные проблемы внегалактической астрономии"- Пущино, 1997, 1998, 2001; Коллоквиум MAC № 174 "Малые группы галактик"— Турку (Финляндия), 1999; Международная мемориальная конференция "Гамов-99"- С.Петербург, 1999; Ассамблея COSPAR -Варшава (Польша), 2000; V Международная конференция по гравитации и астрофизике стран азиагско-тихоокеанского региона - Москва, 2001; Мсждупародпая копферепция "Небесная механика — 2002: результаты и перспективы"- Санкт-Петербург, 2002, а также на следующих семинарах: кафедры астрофизики СПбГУ, сектора теоретической астрофизики Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе, Специальной астрофизической обсерватории РАН, лаборатории им. Фридмана (СПб), физического факультета Римского университета (Италия), Лионской обсерватории (Франция), Обсерватории университета г.Турку (Финляндия), института Лауэ-Ланжевена (Гренобль, Франция), Парижской обсерватории (Франция).

Структура И объем работы. Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы (220 наименований) и приложения, содержит 7 рисунков и 5 таблиц. Общий объем диссертации - 210 страниц.

2 Содержание работы

Во Введении отражены актуальность проблемы, цель исследования, основные положения, выносимые на защиху, отмечена их научная новизна и практическая значимость.

В Главе 1 дается обоснование и формулировка тех конкретных задач космологии, решению которых посвящены последующие главы диссертации.

В разделе 1.1 проводится анализ структуры релятивистских космологических моделей и делается вывод о том. что главными элементами космологических моделей являются космологический принцип и релятивистская теория гравитации. Дается формулировка обобщенного космологического принципа, позволяющего включить в рассмотрение модели с фрактальным распределением вещества.

Показано, что как космологический принцип Эйнштейна, так и космологический припцип Мапдсльброта включают принцип отсутствия выделенного центра. Стохастическая фрактальная структура дает пример дискретного распределения вещества, которое является неоднородным, локально изотропным и не имеет выделенного центра. Таким образом космологический принцип Мандельброта распространяет принцип Коперника на самоподобные неоднородные распределения вещества (история этого вопроса рассмотрела в кпигс Барышсва и Тссрикорпи 2002).

Дли Вселенной, содержащей две существенно различные комноненил нерелятивистскую и релятивистскую материю, возможно одновременное выполнение принципа однородности для релятивистской компоненты и принципа фрактальности для нерелятивистской массы. Поскольку с увеличением масштаба плотность фрактальной компоненты уменьшается, то всегда существует масштаб, начиная с которого плотность однородной релятивистской материи превосходит плотность обычного вещества, а значит глобально возможно использование однородных космологических моделей.

В разделе 1.2 рассмотрены многокомпонентные модели Фридмана с

доминированием вакуума или квинтэссенции и на их примере обсуждаются особенности космологической физики расширяющегося пространства. Главной открытой проблемой современных космологических моделей является неопределенность в описании взаимодействия между различными компонентами (Пиблс и Ратра 2002). Возможность обмена эпергисй между обычпой материей, холодным темным веществом и темпой энергией допускается уравнениями Эйнштейна, которые требуют только равенства нулю ковариантной производной от полного тензора энергии-импульса материи. Поскольку физика холодной темной компоненты (СОМ) и темной энергии (ПЕ) остается неизвестной, то предлагается использовать феноменологический подход, позволяющий получать ограничения на предполагаемые виды взаимодействий из сравнения предсказываемых и наблюдаемых космологических зависимостей.

В разделе 1.3 На основе анализа структуры современных космологических моделей, предложено деление наблюдательных космологических тестов на критические (проверка оснований) и параметрические (проверка следствий). Имеющиеся параметрические космологические тесты хотя и являются основным рабочим инструментом наблюдательной космологии, но значительно отягощены эффектами селекции и эволюции, что существенно снижает надежность оценок космологических парамет[юв. Для ук[жпления оснований космологических моделей необходимым является разработка критических космологических тестов таких, как тесты природы гравитации, тесты космологического принципа и тесты природы "темного сектора".

Глава 2 посвящена разработке астрофизических тестов природы гравитации. Поскольку теория гравитации является главным элементом космологических моделей, определяющим также физику "темного сектора", то необходима разработка таких астрофизических тестов, которые обеспечат разностороннюю проверку физических свойств гравитационного взаимодействия.

В разделе 2.1 рассмотрена проблема физики гравитационного взаимодействия на примере геометрического и полевого подходов к описапито гравитации. Соврсмеппые

теории гравитации можпо разделить на три класса в соответствии с той ролью, которую в них играет пространство Минковского как глобальная фоновая геометрия. К первой группе относятся теории, в которых фоновое пространство Минковского не играет роли — это полностью геометризованные теории (такие как ОТО Эйнштейна, теория Брапса-Диккс); во второй группе оно играет вспомогательную роль это частично геометризованные теории; к третьей группе очносяхся теории, в когорых пространство Минковского играет ключевую роль это негеометризованные теории (например, полевая теория гравитации Фейнмана). Особая роль пространства Минковского в полевом подходе позволяет описывать гравитационное взаимодействие как обмен квантами поля, аналогично другим фундаментальным физическим взаимодействиям (Фейнман и др. 1995, Тирринг 1961, Зельдович и Новиков 1971: обзор истории полевого подхода см. Барышев 1999, Страуман 2000, Пите и Шиеве 2001).

В разделе 2.2 приводятся основные принципы, уравнения и предсказания геометрической теории гравитации, на основе которых построены ее астрофизические тесты. К классическим релятивистским эффектам гравитации относятся: отклонение света, гравитационное смещение частоты, запаздывание радиосигналов, смещение перицентра эллиптической орбиты, прецессия плоскости орбиты и оси гироскопа в пате вращающегося массивного тела, гравитационное квадрупольное излучение. Кроме того в сильных полях ОТО предсказывает существование черных дыр для компактных объектов с массой большей предела Оппенгеймера-Волкова (около ЗМу).

В разделе 2.3 решена задача последовательного построения полевой теории гравитации (ПТГ) на пост-ньютоновском уровне. Приводятся исходные принципы, выбираются лагранжианы гравитационного поля и взаимодействия, выводятся уравнения гравитационного поля и уравнения движения частиц и релятивистского газа. Даются решения основных уравнений методом последовательных приближений и таким образом полевой подход развит до уровня, необходимого для расчета астрофизических предсказаний. Показано, что все классические релятивистские эффекты гравитации

описываются в ПТГ теми же конечными формулами, что и в ОТО, и следовательно необходимо разработать новые тесты, способные различить полевой и геометрический подходы.

Главное отличие ПТГ от ОТО состоит в том. что ПТГ фактически является скалярпо-тспзорной теорией, в которой скалярное поле содержится в исходпом симметричном тензорном потенциале в виде его следа ( в отличие от теорий типа Бранса-Дикке, где скалярное поле вводится дополнительно и имеет новую константу связи).

Гравитационное поле в ПТГ обладает ТЭИ аналогично другим полям, при этом энергия гравитационного поля положительна, локализуема и переносится квантами поля - гравитонами. ТЭИ гравитационного поля симметричен, имеег Тт > 0 и Т = 0. Положительная плотность энергии статического гравитационного поля дает вклад 16% в наблюдаемую величину смещения перицентра орбиты пробного тела. Следовательно согласно ПТГ энергия гравитационного поля уже измерена в эффекте смещения перигелия Меркурия и в смещении перицентра в двойных пульсарах. Из положительности энергии гравитационного поля в ПТГ следует существование предельного радиуса любого тела массы М, равного Я,„ = О М/с2, аналогичного классическому радиусу электрона в электродинамике.

В разделе 2.4 предложены новые астрофизические тесты, дающие разные предсказания в случаях полевой и геометрической теорий и, следовательно, позволяющие проверять физическую природу гравитационного взаимодействия.

Новый эффект, отличающий ПТГ от ОТО уже в слабом поле, связан с поступательным движением вращающихся тел. Для его проверки предложен тест обобщенный эффект Нордтведта, который может быть измерен в экспериментах с лазерной локацией Луны на уровне относительной точности Ю-13, находящейся на пределе современных возможностей (Андерсон и Уильяме 2001, Финкелынтейн 2002).

Другой эффект, отличающий ПТГ от ОТО, связан с возможностью излучепия

скалярных гравитациоппых волп, источпиком которых является след ТЭИ материи. Получены выражения для потерь энергии на скалярное гравитационное излучение и проведено гравнение предсказаний с наблюдениями для системы с двойным пульсаром РЭЯ 19134-16 и с наблюдениями ЗШЭвТА и БМ1993.1. В качестве теста природы гравитации предложена методика наблюдения относительной частоты появлепия гравитационных сигналов в функции звездного времени. Этот метод использовался в работе Астоне и др. (2002), где получены первые свидетельства гравитационных сигналов от неизвестных источников в плоскости Галактики.

Как отмечается в недавних работах Абрамовича и др. (2002) и Робертсона к Лейтера (2002) главной проблемой физики кандидатов в черные дыры является проблема доказательства наличия или отсутствия у них горизонта событий. Поскольку в ПТГ из наличия локализуемой положительной энергии гравитационного поля следует отсутствие сингулярности и горизонта, то компактные релятивистские объекты обладают поверхностью и магнитным полем. Таким образом важным тестом природы гравитационного взаимодействия является наблюдение излучения из окрестности компактных массивных объектов.

Входить в более детальное исследование полевого подхода потребуется только в случае, если предложенные астрофизические тесты дадут свидетельства в пользу ПТГ. Если предложенные тесты будут согласовываться с предсказаниями ОТО, тогда геометрическая теория гравитации и, основанная на ней космология, значительно укрепятся. Черные дыры, экзотическая небарионная скрытая масса и квинтэссенция тогда получат новое обоснование.

Глава 3 посвящена наблюдательным тестам космологического принципа и анализу пространственного распределения видимой и скры той массы на масштабах до 1000 Мик.

В разделе 3.1 проведено сравнение основных методов анализа пространственного распределения галактик. Метод условных концентраций для анализа является адекватным инструментом анализа стохастических фрактальных структур и может

быть использовап для поиска масштаба перехода от фрактального к однородному пространственному распределению галактик.

Анализ имеющихся обзоров красных смещений показал, что галактики образуют структуры разных масштабов - скопления, пустоты, стенки, филаменты, причем спектр неоднородностсй имеет степенной вид и согласуется с фрактальным распределением имеющим размерность V « 2 и достигающим масштабов сотен Мпк.

Для галактик ка1алога КИЖ с расстояниями, определенными методом Талли-Фиптера, проведена оценка фрактальной размерности их пространственного распределения методом, независимым от их красных смещений. Показано, что Пр = 2.2 0.2 вплоть до предела глубины выборки равного 200 /%0' Мпк.

В разделе 3.2 предлагаются новые методы анализа пространственного распределения кластеризованной скрытой .массы. Введена новая характеристика стохастических фрактальных процессов — двухточечная условная лучевая концентрация. Предложен метод анализа кластеризации скрытой массы на основе изучения распределения гравитационных линз вдоль луча зрения внутри фрактальных структур.

Другой метод, позволяющий получать ограничения на скрытую массу, основан па том. что согласно Бонди (1947) космологическое соотношение красное смещение — расстояние содержит часть, связанную с космологическим гравитационным смещением частоты, обусловленную массой шара г радиусом равным расстоянию между источником и наблюдателем. Из формулы Маттига для соотношения г (г) получено выражение для гравитационной части космологического красного смещения и на его основе получен абсолютный верхний предел на массу скрытой материи в любых формах, распределенную фрактально с размерностью V = 2.

В Главе 4 проведен анализ удивительных свойств локального закона Хаббла в местном объеме с радиусом Я < 10 Мпк. Показано, что местный объем представляет уникальную лабораторию космологической физики, где все существенные компоненты

массы могут быть исследованы. Сосуществование "холодного" линейного закона Хаббла с неоднородным распределением галактик позволяет получить ограничения на возможные параметры темной массы и темной энер1 ии.

В разделе 4-1 получены наблюдаемые свойства локального закона Хаббла, построспиого по галактикам с наиболее точно известными расстояниями (по цефеидам). Показано, чю линейное cooiношение z = HR/c начина« выполняться с расстояния R и 1 Мпк, а дисперсия пекулярных скоростей <т„ < 40 км/с в радиусе т < 8 Мпк. При этом распределение галактик внутри местного объема существенно неоднородно и хорошо описывается степенным законом с фрактальной размериостью Р а 2. Это приводит к парадоксальному выводу о том, что линейный закон Хаббла выполняется глубоко внутри фрактального распределения галактик, что находится в видимом противоречии с выводом линейного закона расширения пространства из однородного распределения вещества.

Числсшюе моделирование задачи N-тел с высоким разрешением в рамках CDM моделей, проведенное в работе Говернато и др. (1997), показало, что при формировании систем галактик аналогичных Местной группе характерная величина дисперсии скоростей галактик в окрестности о Мпк оказывается в интервале значений 300 — 700 км/с для ttm = 1 и 150 — 300 км/с для Qm — 0.3, т.е. в лучшем случае в 5 — 10 раз большую величину, чем наблюдается. Говернато и др. (1997) сделали вывод, что байесом невозможно устранить это расхождение и что малое значение наблюдаемой дисперсии скоростей является загадочным явлением.

В разделе 4-2 для объяснения наблюдаемых свойств локального закона Хаббла применяется асимптотически однородная модель Леметра-Толмена-Бонди и двухкомпонентная модель Фридмана.

Применение модели Леметра-Толмена-Бонди к местному объему приводит к заключению, что фрактально распределенная скрытая масса должна переходить в однородное распределение па масштабе около 10 Мпк, чтобы обеспечить наблюдаемую

величину Rzv < 1 Мпк и параметр плотности i2m и 0.2.

Критическое расстояние гх, иа котором гравитация обычного вещества сравнивается с антигравитацией темной энергии, для Местной группы оказывается порядка 2 Мпк, что совпадает с расстоянием на котором начинает выполняться линейный закон Хаббла. Малая дисперсия пекулярных скоростей галактик местного объема объяснена адиаба1ическим охлаждением возмущений на стадии доминирования вакуумоподобной материи.

В Заключении формулируются основные результаты и выводы, полученные в диссертационной работе.

3 Результаты диссертации опубликованы в работах:

1. Соколов В.В., Барыпгев Ю.В. Теоретико-полевой подход к гравитации: тензор энергии-импульса поля. Гравитация и теория относительности, вып. 17, 34-42, 1980.

2. Барышев Ю.В. Иерархическая структура Метагалактики. Известия CAÜ, том 14, 24-43, 1981.

3. Барышев Ю.В. О гравитационном излучении двойной системы с пульсаром PSR1913+16. Астрофизика, том 18, 93-99, 1982.

4. Барышев Ю.В., Соколов В.В. Релятивистская тензорная теория гравитационного поля в плоском прострапствс-врсмсни. Труды АОЛГУ, том 38, 36-61, 1983.

5. Барышев Ю.В., Соколов В.В. Некоторые астрофизические следствия динамической трактовки гравитации. Астрофизика, том 21, 361-366, 1984.

6. Барышев Ю.В. Уравнения движения пробных частиц в лоренц-ковариантной тензорной теории гравитации. Вестник ЛГУ, серия 1, вып. 4, 113-118, 1986.

7. Барышев Ю.В. Законы сохранения и уравнения движения в полевой теории гравитации. Вестник ЛГУ, серия 1, вып. 2, 80-85, 1988.

8. Барышев Ю.В., Ковалевский М.А. Потенциал однородного шара в полевой теории гравитации. Вестник ЛГУ, серия 1, вып. 1, 86-91, 1990.

9. Baryshcv Yu.V. Post-Newtonian hydrostatic equilibrium in the field theory of gravitation. Сообщения CAO, вып. 64, 12-15, 1990.

10. Baryshev Yu.V. An upper limit on hidden mass of fractals of galaxies. Сообщения CAO, вып. 64, 86-88, 1990.

11. Baryshev Yu.V. Stability of supermassive stars in the field gravitation theory, in "Problems of high energy physics and field theory.XIII.", Moscow, Nauka, 1991, pp.61-66.

12. Baryshev Yu.V. Pulsation of supermassive star in the tensor field gravitation theory, in "Variability of Blazars", Cambridge Univ.Press, 1992, pp.52-54.

13. Барытпев Ю.В. Современное состояние наблюдательной космологии. Итоги Науки и Техники, серия Классическая теория поля и теория гравитации, том 4: Гравитация и космология, 89-135, 1992.

14. Baryshev Yu.V., Raikov A.A., Tron А.А. Gravitational lensing inside fractal structure, in "Gravitational lenses in the Universe", Liege, 1993, pp.365-368.

15. Baryshev Yu.V. On the fractal nature of thp large scale structure of the universe. Astron.Astrophys.Transactions, vol.5, 15-23, 1994.

16. Baryshev Yu.V., Sylos Labini F.. Montuori M., Pietronero L. Facts and ideas in modern cosmology. Vistas in Astronomy, vol.38, 419-500, 1994.

17. Baryshev Yu.V. On a possibility of scalar gravitational wave detection from the binary pulsar PSR 1913+16. in "Gravitational wave experiment", World Sci.Publ.Co., 1995, pp.251-260.

18. Барышев Ю.В. Сигналы от SN1987A в антеннах Амальди-Вебера как возможное обнаружение скалярных гравитационных волн. Астрофизика, том 40, 377-389, 1997.

19. Барышев Ю.В.. Езова Ю.Л. Гравитационное мезолинзирование объектами кишовскою 1ипа и ассоциации квазар-галак1ика. Асгрон. Журн., том 74, 497-508, 1997.

20. Teerikorpi P., Hanski М., Theureau G., Baryshev Yu., Paturel G., Bottinelli L., Gougen-heim L. The radial space distribution of KLUN galaxies up to 200 Mpc: incompleteness or

cvidcncc for the behaviour prcdictcd by fractal dimension 2? Astron.Astrophys.. vol. 334, 395-403, 1998.

21. Baryshev Yn.V., Sylos Labini F., Montuori M., Pietronero L. Teerikorpi P. On the fractal structure of galaxy distribution and its implications for cosmology. Fractals, vol. 6, 231-243, 1998.

22. Baryshev Yu.V. Conceptual problems of fractal cosmology. As-tron.Astrophys.Transactions, vol. 19, 417-435. 2000.

23. Gromov A., Baryshev Yu., Suson D., Teerikorpi P. Lcmaitre-Tolmaii-Bondi model: fractality, non-simultaneous bang time and the Hubble law. Gravitation & Cosmology, vol.7, 140-148, 2001.

24. Ekholrn Т., Baryshev Yu., Teerikorpi P., Hanski M., Paturel G. On the quiescence of the Hubble flow in the vicinity of the Local Group: a study using galaxies with distances from the Cepheid PL-ielatiori. Astron. Astiophys., vol.368, L17-L20, 2001.

25. Baryshev Yu., Paturel G. Statistics of the detection rates for tensor and scalar gravitational waves from the local galaxy universe. Astron. Astrophys., vol.371, 378-392, 2001.

26. Baryshev Yu., Chemin A., Teerikorpi P. The cold local Hubble flow as a signature of dark energy. Astron. Astrophys., vol.378, 729-734, 2001.

27. Барышев Ю.В., Обобщенный эффект Нордтведта и тесты принципа эквивалентности для вращающихся тел, Труды ИПА РАН, вып. 8, Небесная механика, 20-21, 2002.

28. Baryshev Yu., Translational motion of rotating bodies and tests of the equivalence principle. Gravitation k. Cosmology, vol.8, 232-240, 2002.

Во всех публикациях, выполненных в соавторстве, автору диссертации принадлежит постановка задачи и участие в разработке и обсуждении методов ее решения.

Литература

Абрамович и др. (Abramowicz М. et al.). No observational proof of the black hole event horizon, astro-ph/0207270, 2002.

Андерсон и Уильяме (Anderson J., Williams J.), Long-range tests of the equivalence principle. Classical к Quantum Gravity, v. 18, 2001.

Acmone и др. (Astone P. et al.), Study of the coincidences between the gravitational wave detectors EXPLORER and NAUTILUS in the year 2001. Classical к Quantum Gravity, v. 19, 5449-5463, 2002.

Барышев (Baryshev Yu.), Field theory of gravitation: desire and reality, gr-qc/9912003,

1999.

Барышев и Теерикории (Baryshev Yu., Teerikorpi P.), Discovery of Cobmic Fiaetah, World Scientific Publ. Co., 2002.

Бонди (Bondi, H.), Spherically symmetrical models in general relativity. Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 1U7, 410-425, 1947.

By, Лахав и Рис (Wu К.. Lahav О., Rees M.), The large-scale smoothness of the Universe. Nature, 397, 225-235, 1999.

Говершппо и др. (Governalo F. et al.), The Loral Group as a test of cosniological models. New Astron., v.2, 91-106, 1997.

де Бернардис и др. (de Bernardis P. et al.), A flat Universe from high-resolution maps of

the cosmic microwave background radiation. Nature, 404. 955-959, 2000.

Зельдович Я.Б. и Новиков И.Д. , Теория тяготения и эволюция звезд, М., Наука,

1971.

Лукаш (Lukash V.N.), Cosmological models: theory and observations, astro-ph/0012012,

2000.

Перлмуттер и др. (Perlmutter, S. et al.), Measurements of fi and A from 42 high redshift supernovac. Astrophys. J., 517, 565-586, 1999.

Я«блс(РссЬ1сэ, P.J.E.), From precision cosmology to accurate cosmology, astro-ph/0208037, 2002.

Пиблс и Pampn(Peeb!es, P.J.E., Ratra В.), The Cosmological Constant and Dark Energy, astro-ph/0207347, 2002.

Пите, и Шиеве (Pitts J., Schieve W.). Null cones in Lorentz-covariant general relativity. gr-qc/0111004, 2001.

Райес и др. (Riess, A.G. et al.), Observational evidence from supernova« for an accelerating universe and a cosmological constant. Astron. J.. 116, 1009-1038, 1998. Робе.ртсон и Лейт.ер (Robertson S.L., Leiter D.J.), Evidence for intrinsic magnetic moments in black hole candidates. Astrophys. J., 565, 447, 2002.

Соколов В.В., Отождествление гамма-всплесков: оптические транзиенты и родительские галактики, докторская диссертация, САО РАН, Нижний Архыз, 2002.

Страуман (Straumann N.), Reflections on gravity, astro-ph/0006423, 2000. С.эндидж- (Sandage A.), Astronomical problems for the next three decades. In Key Problems in Astronomy and Astrophysics, Mamaso A. and Munch G. eds., Cambridge University Press, 1995.

Тернер (Turner M.), Dark Matter and Dark Energy: The Critical Questions, astro-ph/0207297, 2002.

Тиррипг (Thirring. W. E.), An alternative approach to the theory of gravitation, Ann. of Phys., v. 16, 96-117, 1961.

Фе.йнман и др. (Feynman R., Morinigo F., Wagner W.), Feynman Lectures on Gramtation, Addison-Wesley Publ. Сотр., 1995.

Финкелъштейн A.M., ред., Труды ИПА РАН, вып. 8, Небесная механика - 2002: Результаты и перспективы, 2002.

Черют А.Д. , Космический вакуум. УФН, 171, К" 11, 1153-1175, 2001.

ЛР № 040815 от 22.05.97.

Подписано к печати на /2003 г. Формат бумаги 60X84 1/16. Бумага офсетная. Печать ризографическая. Объем 1,4 п.л. Тираж 100 экз. Заказ 2924. Отпечатано в отделе оперативной полиграфии НИИХ СПбГУ с оригинал-макета заказчика. 198504, Санкт-Петербург, Старый Петергоф, Университетский пр., 26.

goo?'А -7 8 A 2

Введение о

Глава 1. Структура космологических моделей и классификация наблюдательных тестов

1.1 Логика и основные элементы космологических моделей

1.1.1. Структура физических моделей мира

1.1.2. Фундаментальные физические теории в современных космологических .моделях

1.1.3. Космологический принцип и пространственное распределение материм

1.2. Стандартная космологическая модель

1.2.1. Модели Фридмана для нескольких компонент

1.2.2. CDM модели образования крупномасштабной структуры во Вселенной

1.3. Классификация космологических тестов

1.3.1. Классические космологические тесты

1.3.2. Критические и параметрические тесты -1С

1.3.3. Тесты распределения материи во Вселенной

1.3.4. Тесты фундаментальной физики

1.4. Выводы по главе

Глава 2. Астрофизические тесты природы гравитации

2.1. Проблема природы гравитационного взаимодействия ~)

2.1.1. Геометрический подход Эйнштейна об

2.1.2. Полевой подход Фейнмана

2.1.3. Соотношение между геометрическим и полевым описаниями гравитации

2.2. Предсказания геометрической теории Эйнштейна GO

2.3. Предсказания полевой теории гравитации Фейнмана

2.3.1. Исходные принципы и основные уравнения полевой теории гравитации

2.3.2. Метод последовательных приближений решении основных уравнений

2.3.3. Интерпретация классических гравитационных эффектов в полевой теории

2.3.4. Ожидаемые эффекты в сильных полях

2.4. Астрофизические тесты теории гравитации

2.4.1. Проверка принципа эквивалентности

2.4.2. Гравитационное излучение от двойных систем и взрывов сверхновых

2. 1.3. Наблюдения релятивистских компактных объектов

2. 1.4. Тесты гравитации па космологических масштабах

2.5. Выводы по главе

Глава 3. Тесты космологического принципа

3.1. Пространственное распределение галактик

3.1.1. Методы анализа пространственных структур

3.1.2.

3.1.3.

3.1.4.

3.2.1.

3.2.2.

Глава 4.

Анализ неоднородноетей на масштабах 1 100 Мпк

Фрактальпость на масштабе 100 Мпк из анализа каталога KLUN

Распределение галактик и квазаров на масштабах до 1000 Мпк

Распределение скрытой массы

Гравитационное1 мезо-лшпирование как тест скрытой массы

Абсолютный верхний предел на фрактально распределенную скрытую массу

Выводы по главе

Локальный закон Хаббла как тест скрытой массы

Наблюдаемые свойства локального объема

Линейность и дисперсия скоростей закона Хаббла J

Неоднородность локального распределения галактик и парадокс Хаббла - де Вокулера

Результаты CDM расчетов структуры локального объема

Космологические тесты Ас и av для локального объема

Релятивистские модели, учитывающие фрактальное распределение галактик

4.2.2. Применение модели Леметра-Толмена-Боиди к локальному объему: Rzv

4.2.3. Применение 2-х компонентной модели Фридмана к локальному объему: ov

4.3. Выводы по главе

Актуальность темы

Современный этап развития космологии характеризуется тем, что вопросы, связанные с проверкой фундаментальной физики, оказываются ключевыми для решения многих проблем космологической физики (Тернер 2002а,Ь; Пиблс и Ратра 2002; Пиблс 2002). Открытие абсолютного динамического доминирования экзотических форм материи - вакуумоподобной темной энергии и небарионного холодного темного вещества, привело к такой ситуации в космологии, когда основные космологические параметры моделей определяются субстанцией неизвестной природы, а наблюдаемое вещество в обычных формах (звезды, газ, пыль) составляет лишь малую долю от полной плотности массы. Поскольку наблюдательная проверка стандартной космологической модели находится на значительно более низком уровне, чем экспериментальное обоснование стандартной модели физики элементарных частиц, то естественно потребовать в космологии обилия свидетельств правильности космологической модели. В космологии необходимо проверять не только следствия моделей, но также и саму физику, экстраполируемую на космологические масштабы.

Важность построения физически надежной космологической модели ясна например из того факта, что без выбора определенной космологической модели невозможно вычислить такие основные физические характеристики наблюдаемых внегалактических объектов (галактик, квазаров, скоплений), как их линейные размеры и светимости. Последнее, например, оказывается принципиальным при оценке светимости гамма-всплесков и определении параметров их родительских галактик, имеющих большие красные смещения (Постнов 1999; Соколов и др. 1999; Соколов 2002). Интерпретация астрофизических наблюдений оказывается существенно зависимой от выбора конкретной космологической модели. Неизбежно возникают вопросы: какой модели отдать предпочтение и насколько надежны основания выбранной модели?

В связи с этим, чрезвычайно актуальной задачей настоящего периода является разработка наблюдательных тестов релятивистской космологии, позволяющих укрепить физические основы космологических моделей, а значит сделать их более надежными и экспериментально обоснованными. Тесты фундаментальной физики должны быть направлены на выяснение природы скрытой массы-энергии, а также природы гравитации, являющихся главными элементами современных космологических моделей.

С момента рождения релятивистской космологии (Эйнштейн 1917, де Ситтер 1917, Фридман 1922,1924, Леметр 1927) вопрос о наблюдательном тестировании моделей мира находился в центре внимания астрономов и физиков. Для этой цели в работах Хаббла и Толмена (1935), а затем и Сэндиджа (1961), была сформулирована программа выбора космологической модели по наблюдениям, где были предложены классические космологические тесты N(z), m(z), J[z), 0(z), r(z). Первые результаты этой программы (см., например, Сэндидж 1988, Йоши и Такахара 1988, Барышев 1992[13]), к сожалению, не привели к выбору определенной модели из-за недостаточности наблюдательных данных, неопределенностей в систематических ошибках и неизученных эволюционных эффектов у галактик.

В последние годы, однако, ситуация меняется коренным образом. Введение в строй крупных оптических телескопов и запуски космических обсерваторий, исследующих весь спектр электромагнитного излучения, а также завершение строительства ряда гравитационно-волновых обсерваторий привели к таким наблюдательным возможностям, на которые 10 лет назад невозможно было рассчитывать.

Настоящим триумфом применения классических космологических тестов явилось построение диаграммы Хаббла m(z) для далеких сверхновых SN 1а (Райес и др. 1998, Перлмуттер и др. 1999). Анализ этого теста привел к революционному открытию в космологии - а именно, оказалось, что динамика расширения Вселенной в современную эпоху определяется не обычной материей, а загадочной "темной энергией "(вакуум, квинтэссенция), физика которой остается неясной. Последние наблюдения дают величину для этой составляющей £1°х = 0.65 ± 0.05 (Райес и др. 2001). Возможные эффекты селекции и эволюции сверхновых типа 1а требуют дальнейшего изучения (Филипенко и Райес 2000, Джха и Шмидт 2001, Лейбундгут 2001), однако уже сейчас ясно, что вакуумоподобная материя стала фундаментальной компонентой во Вселенной (Чернин 2001, Пиблс и Ратра 2002).

Недавние наблюдения анизотропии микроволнового фонового излучения (МФИ) также привели к резкому ограничению на допустимую величину полного параметра плотности = 1.02 ± 0.05 (де Бернардис и др. 2000, Джаффе и др. 2000). Так как доля светящегося барионного вещества составляет около 0.5%, то это означает, что 99.5% массы Вселенной находится в экзотических формах с неизвестной физикой. Это безусловно стимулирует разработку таких наблюдательных тестов, которые позволили бы прояснить физическую природу скрытой массы, а также укрепить основания космологических моделей, приводящих к такому радикальному выводу о доминировании темной материи во Вселенной.

Особую роль в космологических тестах играет изучение пространственного распределения галактик, так как это прямо связано с наблюдательными тестами космологического принципа и моделей образования крупномасштабной структуры Вселенной. Однако только с конца 80-х годов появились первые массовые обзоры красных смещений галактик, позволившие начать прямое наблюдательное изучение реального пространственного распределения галактик. Неожиданным оказалось открытие неоднородных структур с масштабами, достигающими сотен Мпк, что привело к необходимости распространения фрактального анализа на распределения галактик (см. Барышев и Теерикорпи 2002). Анализ наблюдательных данных совместно с численным моделированием образования крупномасштабной структуры во Вселенной также показал, что для объяснения наблюдаемых структур в рамках стандартной космологической модели необходимо привлекать доминирующую скрытую массу в небарионной форме и космологический вакуум (см. например, Новосядлый и др. 1999, Лукаш 2000, Михеева и др. 2001).

Общая теория относительности, сформулированная Эйнштейном в 1915 г. как геометрическая теория гравитации, является фундаментом релятивистской космологии. Классические тесты общей теории относительности (отклонение лучей света, смещение перигелия Меркурия, гравитационное смещение частоты) послужили важными физическими аргументами в пользу космологических моделей Фридмана. Современный подход к физике гравитационного взаимодействия включает также квантово-полевую теорию гравитации, предложенную Фейнманом в 60-е годы (Фейнман и др. 1995) и даюшую такие же предсказания для классических гравитационных эффектов, что и общая теория относительности. Теория гравитации является базисным элементом современных космологических моделей, фактически космологическая модель есть не что иное, как одно из решений уравнений гравитационного поля, поэтому разработка астрофизических наблюдательных тестов природы гравитации является актуальной задачей космологии.

В последние годы проводятся длительные наблюдения с помощью твердотельных гравитационных антенн третьего поколения и уже получены первые свидетельства возможного обнаружения гравитационных сигналов (Астоне и др. 2002). Начались наблюдения также на большой интерферометрической гравитационной антенне LIGO и скоро вступят в строй такие уникальные наземные и космические приборы, как гравитационные антенны VIRGO и LISA. Гравитационно—волновые эксперименты позволят провести наблюдательную проверку эффектов сильного гравитационного поля, где предсказания геометрической и полевой теорий расходятся. Это позволит укрепить основания теории гравитации, а значит и надежность космологических выводов, полученных на ее основе.

В списке Алана Сэндиджа, содержащего 23 ключевые проблемы астрономии на ближайшие тридцать лет, девять посвящены практической космологии (Сэндидж 1995). Сформулированные Сэндиджем актуальные проблемы космологии связаны с прямой наблюдательной проверкой исходных принципов и основных предсказаний релятивистской космологии. Решение этих проблем требует разработки космологических тестов, учитывающих современный уровень развития наблюдательной техники и физической теории, чему и посвящена настоящая работа.

Целъ и задачи

Целью данной работы является разработка новых наблюдательных тестов релятивистской космологии, направленных на прямую проверку как исходных принципов космологических моделей, так и фундаментальной физики, составляющей основу космологических моделей, что необходимо для выбора физически обоснованных моделей мира. В соответствии со структурой современных моделей, наиболее актуальными наблюдательными тестами являются тесты теории гравитации и тесты космологического принципа, на которых основаны космологические выводы об абсолютном преобладании во Вселенной экзотической вакуумоподобной материи и небарионной скрытой массы с неизвестными носителями.

Поскольку центральным элементом современных космологических моделей является теория гравитации, то необходимо дать анализ современного состояния теории и эксперимента в гравитационной физике. С учетом новых наблюдательных возможностей, появляющихся при использовании космических обсерваторий, принимающих электромагнитное излучение во всем диапазоне волн, а также развитием экспериментов в гравитационной физике и вводом в строй гравитационных антенн третьего поколения, необходимо разработать астрофизические тесты природы гравитационного взаимодействия.

Учитывая новые результаты наблюдений пространственного распределения галактик, а также открытие доминирующей темной энергии, необходимо провести анализ релятивистских моделей, включающих фрактальное распределение галактик и однородное распределение скрытой массы-энергии в форме вакуума и квинтэссенции.

Научная новизна

В работе впервые проведено разделение космологических тестов на параметрические, направленные на оценку внутренних параметров моделей, и критические, направленные на проверку оснований космологических моделей, таких как космологический принцип и теория гравитации.

Впервые полевой подход Фейнмана к физике гравитационного взаимодействия развит до уровня необходимого для разработки астрофизических тестов природы гравитации.

Впервые предложены астрофизические тесты, различающие геометрическую и полевую теории гравитации, включающие принцип эквивалентности для вращающихся тел (обобщенный эффект Нордтведта) и гравитационное излучение от двойных систем и коллапса массивных звезд (скалярное излучение).

Впервые получен абсолютный верхний предел на полную массу фрактально распределенной скрытой материи во Вселенной.

Впервые получена оценка фрактальной размерности пространственного распределения галактик без привлечения данных о красных смещениях для выборки галактик KLUN с известными расстояниями, измеренными методом Талли-Фишера.

Впервые получены наблюдаемые характеристики локального закона Хаббла по галактикам с расстояниями, измеренными по цефеидам, и дана интерпретация малой дисперсии скоростей в рамках двухкомпонентной модели как результата действия космологической вакуумоподобной материи.

Научная и практическая ценность

Научная ценность работы состоит в существенном расширении круга наблюдательных тестов исходных принципов космологических моделей, что необходимо для обоснования надежности космологических выводов о доминировании экзотических форм материи во Вселенной.

Расширенная формулировка космологического принципа и более широкий анализ физики гравитационного взаимодействия позволяет включить в наблюдательную проверку космологические модели более общие, чем фридмановские. В частности, разработаны тесты для фрактально-однородных моделей.

Предложенные тесты релятивистской теории гравитации необходимы для планирования новых гравитационных экспериментов, направленных на получение количественных оценок и верхних пределов возможного отклонения от принципа эквивалентности и на обнаружение новых релятивистских гравитационных эффектов, включая скалярные гравитационные волны.

Предложенные тесты крупномасштабной структуры могут быть использованы при планировании и интерпретации наблюдений распределения галактик в пространстве, их кинематики и динамики, как в локальном объеме (<10 Мпк), так и на хаббловских масштабах (1000 Мпк).

Основные результаты и положения, выносимые на защиту

1. Разделение наблюдательных космологических тестов на параметрические и критические и вывод о необходимости разработки критических космологических тестов, направленных на проверку фундаментальной физики, лежащей в основаниях космологических моделей и, следовательно, на повышение надежности оценок физических свойств скрытой массы во Вселенной.

2. Развитие полевого подхода Фейнмана к описанию гравитации до уровня, необходимого для разработки астрофизических тестов физики гравитационного взаимодействия. Предложение в качестве критических тестов природы гравитации наблюдения обобщенного эффекта Нордтведта и детектирования скалярных гравитационных волн.

3. Анализ пространственного распределения галактик из каталога KLUN на основе расстояний, измеренных методом Талли-Фишера, и вывод о наличии фрактальной структуры без использования красных смещений галактик. Подтверждение величины фрактальной размерности Dp & 2 на масштабе до 200 о Мпк. Получение абсолютного верхнего предела на полную массу фрактально распределенной скрытой материи во Вселенной.

4. Вывод о малой наблюдаемой величине отклонения от линейности и дисперсии скоростей (<40 км/с) для галактик местного объема с расстояниями, измеренными по цефеидам.

5. Применение к местному объему релятивистских моделей, учитывающих фрактальное распределение вещества и однородное распределение темной энергии, и оценка основных параметров темной материи и темной энергии, необходимых для объяснения наблюдаемых характеристик локального закона Хаббла.

Апробация работы

Основные результаты работы докладывались на ряде всесоюзных, всероссийских и международных конференций: "Релятивистская астрофизика и космология"— САО РАН, 1988; "Проблемы физики высоких энергий и теории поля"— Протвино, 1990,

1994; "Переменность блазаров"- Турку (Финляндия), 1991; "Гравитационные линзы во Вселенной"— Льеж (Бельгия), 1993; "Гравитационно волновой эксперимент" — Фраскати (Италия), 1993; "Актуальные проблемы внегалактической астрономии" — Пущино, 1997, 1998, 2001; Коллоквиум MAC № 174 "Малые группы галактик"-Турку (Финляндия), 1999; Международная мемориальная конференция "Гамов—99м — С.Петербург, 1999; Ассамблея COSPAR — Варшава (Польша), 2000; V Международная конференция по гравитации и астрофизике стран азиатско-тихоокеанского региона - Москва, 2001; Международная конференция "Небесная механика — 2002: результаты и перспективы"— Санкт-Петербург, 2002, а также на следующих семинарах: кафедры астрофизики СПбГУ, сектора теоретической астрофизики Физико-технического института им. А.Ф.Иоффе, Специальной астрофизической обсерватории РАН, лаборатории им. Фридмана (СПб), физического факультета Римского университета (Италия), Лионской обсерватории (Франция), Обсерватории университета г.Турку (Финляндия), института Лауэ—Ланжевена (Гренобль, Франция), Парижской обсерватории (Франция).

Публикации

Основные результаты работы изложены в 28 публикациях.

Структура работы

Работа состоит из введения, четырех глав, заключения, списка цитируемой литературы (220 наименований) и приложения, содержит 7 рисунков и 5 таблиц. Общий объем диссертации - 210 страниц.

4.4. Выводы по главе 4

Местный объем представляет уникальную лабораторию космологической физики, где все существенные компоненты массы могут быть исследованы. Сосуществование холодного линейного закона Хаббла с неоднородным распределением галактик позволяет получить ограничения на возможные параметры темной массы и темной энергии.

1. Локальный закон Хаббла, построенный по галактикам с наиболее точно известными расстояниями показывает, что радиус поверхности нулевой скорост и /?,.,, < 1 Мпк, а дисперсия пекулярных скоростей av < 40 км/с в радиусе г < 10 Мпк.

2. Распределение галактик внутри местного объема существенно неоднородно и хорошо описывается степенным законом с фрактальной размерностью V ~ 2.

3. Применение модели Леметра-Толмена-Бонди к местному объему приводит к заключению, что фрактально распределенная скрытая масса должна переходить в однородное распределение на масштабе около 10 Мпк. чтобы обеспечить наблюдаемую величину Rzv < 1 Мпк и параметр плотности VLm т 0.2.

4. Критическое расстояние г х-, на котором гравитация обычного вещества сравнивается с антигравитацией темной энергии, для Местной группы оказывается порядка 1 -г 2 Мпк, что совпадает с расстоянием на котором начинает выполняться линейный закон Хаббла. Малая дисперсия пекулярных скоростей галактик местного объема может быть объяснена адиабатическим охлаждением хаббловского потока в областях доминирования темной энергии.

Заключение

В заключение перечислим основные результаты, полученные в диссертации:

1. На основе анализа структуры современных космологи чес к и х моделей, предложено деление наблюдательных космологических тестов па критические (проверка оснований) и параметрические (проверка следствий). Имеющиеся параметрические космологические тесты хотя и являются основным рабочим инструментом наблюдательной космологии, по значительно отягощены эффектами селекции и эволюции, что существенно снижает надежность оценок космологических параметров. Для укрепления оснований космологических моделей необходимым является разработка критических космологических тестов таких, как гесты природы гравитации, космологического принципа и природы "темного сектора".

2. Космологический принцип Эйнштейна и космологический принцип Мандельброта включаюгг принцип отсутствия выделенного центра. Стохастическая фрактальная структура дает пример дискретного распределения вещества, которое является неоднородным, локально изотропным и не имеет выделенного центра. 'Гак что космологический принцип Мандельброта распространяет принцип Коперника на само подобные неоднородные распределения вещества.

3. Для Вселенной, содержащей две существенно различные компоненты нерелятивистскую и релятивистскую материю, возможно одновременное выполнение принципа однородности для релятивистской компоненты и принципа фракталыюсти для нерелятивистской массы. Поскольку с увеличением масштаба плотность фрактальной компоненты уменьшается, то всегда существует масштаб, начиная с которого плотность однородной релятивистской материи превосходит плотность обычного вещества, а значит глобально возможно использование однородных космологических моделей.

4. На примере двухкомпонентной (обычное вещество квинтэссенция) модели Фридмана сформулированы основные задачи, относящиеся к наблюдательной проверю1 космологической физики. Наличие обмена энергией между обычной материей и темной энергией допускается уравнениями Эйнштейна, которые требуют только равенства нулю коварнаптной производной от суммы ТЭИ материи и ТЭИ темной энергии.

5. Поскольку теория гравитации является главным элементом космологических моделей, определяющим также физику "темного сектора", то необходима разработка таких астрофизических тестов, которые позволяют прояснить физическую природу гравитационного взаимодействия.

6. Полевой подход к описанию гравитации развит до уровня, позволившего разработать астрофизические тесты природы гравитационного взаимодействия. Входить в более детальное исследование полевого подхода потребуется только в случае, если предложенные астрофизические тесты дадут свидетельства в пользу ПТГ. Если предложенные тесты будут согласовываться с предсказаниями ОТО. тогда геометрическая теория гравитации и, основанная на ней космология, значительно укрепятся. Черные дыры, экзотическая небарионная скрытая масса и квинтэссенция тогда получат новое обоснование.

7. Гравитационное поле в ПТГ обладает ТЭИ аналогично другим полям, при этом энергия гравитационного поля положительна, локализуема и переносится квантами поля гравитонами. ТЭИ гравитационного ноля симметричен, имеет 7'°" > 0 и Т = 0. Положительная плотность энергии статического гравитационного поля дает вклад 16% в наблюдаемую величину смещения перицентра орбиты пробного тела. Следовательно согласно ПТГ энергия грав итацио н но го поля уже измерена в эффекте смещения перигелия Меркурия и в смещении перицентра в двойных пульсарах.

8. Главное отличие ПТГ от ОТО состоит в том, что ПТГ фактически является скалярпо-тензорной теорией, в которой скалярное поле содержится в исходном симметричном тензорном потенциале в виде его следа ( в отличие от теорий типа Бранса-Дикке, где скалярное поле вводится дополнительно и имеет новую константу связи).

9. В рамках ПТГ выведены ПН уравнения движения частиц и газа. Уравнение гидростатического равновесия принципиально отличается от уравнения Толмепа-Опенгеймера-Волкова в ОТО тем, что релятивистские поправки приводят к уменьшению градиента давления по сравнению с ньютоновским значением. Последнее приводит в частности к ПН устойчивости сверхмассивных звезд.

10. Показано, что классические, реально проверенные релятивистские эффекты гравитации в слабом поле описываются в ПТГ теми же формулами что п в ОТО.

11. Новый эффект, отличающий ПТГ от ОТО уже в слабом поле, связан с поступательным движением вращающихся тел. Для его проверки предложен тест обобщенный эффект Нордтведта.

12. Получены выражения для потерь энергии на скалярное гравитационное излучение и проведено сравнение предсказаний с наблюдениями для системы с двойным пульсаром PSR 1913-1-16 и с наблюдениями SN1987A и SN1993J. В качестве теста природы гравитации предложены наблюдения скалярных гравитационных волн.

13. Из положительности энергии гравитационного поля в ПТГ следует существование предельного радиуса любого тела, аналогичного классическому радиусу электрона в электродинамике. Минимальный радиус тел равен /?„, = Gnt/c'.

14. Космологическое соотношение красное смещение расстояние содержит часть, связанную с космологическим гравитационным смещением частоты, обусловленную массой шара с радиусом равным расстоянию между источником и наблюдателем, что может быть использовано в качестве теста гравитации иа космологических масштабах.

15. Анализ обзоров красных смещений показал, что галактики образуют' структуры разных масштабов - скопления, пустоты, стенки, фнламепты, причем спектр неоднородностей имеет степенной вид и согласуется с фрактальным распределением имеющим размерность V ~ 2 и достигающим масштабов 300 Мпк.

16. Метод условных концентраций для анализа пространственного распределения галактик является адекватным инструментом анализа стохастических фрактальных структур и может быть использован для поиска масштаба перехода от фрактального к од и о ро д н ом у р ас п р еле. ie н и ю.

17. Введена новая характеристика стохастических фрактальных процессов двухточечная условная лучевая концентрация, необходимая в задачах анализа гравитационного линзирования внутри фрактальных структур.

18. Предложен новый метод анализа кластеризации скрытой массы на основе анализа распределения мезолинз вдоль луча зрения.

19. Из формулы Маттига для соотношения расстояние красное смещение получено выражение для гравитационной части космологического красного смещения, согласующееся с результатом Бонди (1947).

20. На основе выражения для космологического гравитационного красного смешения получен абсолютный верхний предел на массу скрытой материи в любых формах, распределенную фрактально с размерностью V = 2.

21. Местный объем представляет уникальную лабораторию космологической физики, где все существенные компоненты массы могут быть исследованы. Сосуществование холодного линейного закона Хаббла с неоднородным распределением галактик позволяет получить ограничения на возможные параметры темной массы и темной энергии.

22. Локальный закон Хаббла, построенный по галактикам с наиболее точно известными расстояниями показывает, что радиус поверхности нулевой скорости R.:r < 1 Мпк. а дисперсия пекулярных скоростей ov < 40 км/с в радиусе г < 10 Мпк.

23. Распределение галактик внутри местного объема существенно неоднородно и хорошо описывается степенным законом с фрактальной размерностью Т> ~ 2.

24. Применение модели Леметра-Толмеиа-Бонди к местному объему приводит к заключению, что фрактально распределенная скрытая масса должна переходить в однородное распределение на масштабе около 10 Мпк, чтобы обеспечить наблюдаемую величину Rzv < 1 Мпк и параметр плотности Clm ~ 0.2.

25. Критическое1 расстояние гд, на котором гравитация обычного вещества сравнивается с антигравитацией темной энергии, для Местной группы оказывается порядка 1 -г 2 Мпк, что совпадает с расстоянием на котором начинает- выполняться линейный закон Хаббла. Малая дисперсия пекулярных скоростей галактик местного объема может быть объяснена адиабатическим охлаждением хаббловского потока в областях доминирования темной энергии.

1. Аглиетта и др. (Aglietta M. et al.), On the event observed in the Mont Blanc Underground Neutrino Observatory during the occurrence of supernova 1987a. Europhys. Lett., v.3, 1315-1320, 1987.

2. Амальди и др. (Amaldi E. et al.), Data recorded by the Rome room temperature gravitational wave antenna, during the supernova SN 1987a in the Large Magellanic Cloud. Europhys. Lett., v.3, 1325-1330, 1987.

3. Амальди и Пицелла (Amaldi E., Pizzella G.), The search for gravitational waves, in Relativity, Quanta and Cosmology in the development of the scientific thought of Albert Einstein, p. 241, Academic Press, 1979.

4. Амендола и др. (Amendola L., Tocchini-Valentini D.), Stationary dark energy: the present universe as a global attractor. astro-ph/0011243, 2000.

5. Андерсон и Уильяме (Anderson J., Williams J.), Long-range tests of the equivalence principle. Classical & Quantum Gravity, v. 18, 2001.

6. Астоне и др. (Astone P. et al.), Study of the coincidences between the gravitational wave detectors EXPLORER and NAUTILUS in the year 2001. Classical & Quantum Gravity, v.19, 5449-5463, 2002.

7. Ахмедов (Akhmedov E.Kh.), Vacuum energy and relativistic invariance. hep-th/0204048, 2002.

8. Бабак и Грищук (Babak S., Grishchuk L.), The energy-momentum tensor for the gravitational field, gr-qc/9907027, 1999.

9. Баганов и др. (Baganoff F.K. et al.), Rapid X-ray flaring from the direction of thesupermassive black hole at the galactic centre. Nature, v. 413, 45-48, 2001.

10. Бакал и Вольф (Bahcall J.N., Wolf R.), . Astrophys. J., v. 152, 701, 1968.

11. Бакал и др. (Bahcall N. A., Ostriker J.P., Perlmutter S., Steinhardt P.), The Cosmic

12. Triangle: Revealing the State of the Universe. Science, v.284, 1481-1487, 1999.

13. Барнес (Barnes K.J.), J. Math. Phys., v. 6, 788-794, 1965.

14. Барышев Ю.В., Райков А.А. Замечание о характерных величинах в космологии. Астрофизика, том 28, 689-691, 1988.

15. Барышев Ю.В., Райков А.А. Об энтропии самогравитирующих систем. Астрофизика, том 29, 595-601, 1988.

16. Барышев и Райков (Baryshev Yu.V., Raikov A.A.) A quantum limitation on the gravitational interaction, in "Problems on high energy physics and field theory.XVII.", Protvino, pp. 166-168, 1995

17. Барышев и др. (Baryshev Yu.V., Raikov A.A., Sergeev A.G., Tron A.A.), A new approach to the large cosmological numbers coincidences. Astron.Astrophys.Transactions, vol.5, 27-29, 1994.

18. Баумгарте и др. (Baumgarte Т. et al.), On the maximum mass of differentially rotating neutron stars. Astrophys. J., v. 528, L29-L32, 2000.

19. Бергстром (Bergstrom L.), Non-baryonic dark matter, in Neutrino 2002, Munich, Germany, 25-30 May 2002.

20. Бианки и др. (Bianchi M. et al.), Cross section of a resonant-mass-detector for scalar gravitational waves, gr-qc/9709045, 1997.

21. Бингели и др.( Binggeli, В., Sandage, A., Tamman, G. A.), The luminosity function of galaxies. Ann. Rev. Astron. Astrophys., 26, 509, 1988.

22. Биркгоф (Birkhoff G.), Flat space-time and gravitation, Proc. Nat. Acad. Sci., v. 30, 324-334, 1944.

23. Боголюбов H.H., Ширков Д., Введение в квантовую теорию поля, М., Наука, 1976. Бонди (Bondi, Н.), Spherically symmetrical models in general relativity. Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 107, 410-425, 1947.

24. Бонел и Прингл (Bonnell I.A., Pringle J.E.), Mon. Not. Roy. Astron. Soc., v. 273, L12, 1995.

25. Боргани и Гуззо (Borgani S., Guzzo L.), X-ray clusters of galaxies as tracers of structurein the Universe. Nature, v. 409, 39-45, 2001. Бронштейн М.П., Phys. Z. Sowjetunion, v.3, 73, 1933.

26. Бронштейн М.П., О возможной теории мира как целого , в кн. Главные проблемы космической физики, ОНТИ, Киев, с.186-215, 1934.

27. Бронштейн М.П., Квантование гравитационных волн, ЖЭТФ, т. 6, 195-236, 1936. Брумберг (Brumberg V.A.), Essential relativistic celestial mechanics, Adam Hildger IOP Publishing Ltd, N.Y., 1991.

28. Варшалович и Потехин (Varshalovich D.A., Potekhin A.V.), Cosmological variability of fundamental physical constants. Sp. Sci. Rev., v.74, 259-268, 1995.

29. Варшалович Д.А., Панчук B.E., Иванчик А.В., Абсорбционные системы в спектрах квазаров: Новые ограничения на космологическое изменение постоянной тонкой структуры. Письма в АЖ, т.22, 8-16, 1996.

30. Веке и др. (Wex N., et al.), Timing models for the long-orbital period binary pulsar PSR B1259-63. astro-ph/9803182, 1998.

31. Вертц (Wertz, J. R.), Newtonian hierarchical cosmology. Univ. Texas Publ. Astron., N3, 3-143, 1970.

32. Виллигер и др. (Williger G., et al.), Large scale structure at z=1.2 outlined by MgH absorbers, astro-ph/0111135, 2001.

33. Гамов, Иваненко, Ландау (Gamow, G., Ivanenko, D. D., Landau, L. D.), World constants and limiting transitions. J. of Russian Phys. Soc., 60, 13-17, 1928.

34. Гасперини (Gasperini M.), On the response of gravitational antennas to dilatonic waves. gr-qc/99100019, 1999.

35. Ге и др. (Ge J. et al.), A new measurement of the cosmic microwave background radiation temperature at z=1.97. Astrophys. J., 474, 67-73, 1997.

36. Гебхардт и др. (Gebhardt К. et al.), A 20 thousand solar mass black hole in the stellar cluster Gl. astro-ph/0209313, 2002.

37. Герссен и др. (Gerssen J. et al.), Hubble Space Telescope evidence for an intermediate mass black hole in the globular cluster M15. astroph/0209315, 2002.

38. Гнедин (Gnedin Yu.N.), Astrophysical consequences of the existence of goldstone bosons. Astron. Astrophys. Trans., v.5, 163-175, 1994.

39. Говернато и др. (Governato F. et al.), The Local Group as a test of cosmological models. New Astron., v.2, 91-106, 1997.

40. Грищук и др. (Grischuk, L.P., Petrov, A.N., Popova, A.D.), Exact theory of the (Einstein) gravitational field in an arbitrary background space-time, Commun. Math. Phys., 94, 379-396, 1984.

41. Громов, Барышев, Теерикорпи (Gromov A., Baryshev Yu., Teerikorpi P.), Two-fluid matter-quintessence FLRW models: energy transfer and the equation of state of the universe, astro-ph/0209458, 2002.

42. Гуззо (Guzzo L.), Large-scale structure from galaxy and cluster surveys, astro-ph/0207285, 2002.

43. Гупта (Gupta S.) Quantization of gravitational field.I.II., Proc. Phys. Soc., A65, 161-169, 608-619, 1952.

44. Гус (Guth, A. H.), Inflationary Universe: A possible solution to the horizon and flatness problems, Phys. Rev. D, 23, 347-356, 1981.

45. Гуззо и др. (Guzzo, L., Iovino, A., Chincarini, G., Giovanelli, R., Haynes, M. P.), Scale-invariant clustering in the large-scale distribution of galaxies. Astrophys. J. Lett., 382, L5-9, 1992.

46. Дамур (Damour Т.), Experimental tests of relativistic gravity, gr-qc/9904057, 1999. Дамур и Тэйлор (Damour Т., Taylor J.), On the orbital period change of the binary pulsar PSR 1913+16. Astrophys. J., v. 366, 501-511, 1991.

47. Дамур и Тэйлор (Damour Т., Taylor J.), Strong-field tests of relativistic gravity and binary pulsars. Phys.Rev., D 45, 1840-1868, 1992.

48. Де Вокулер (De Vaucouleurs, G.), The case for a hierarhical cosmology, Science, 167, 1203-1213, 1970.

49. Дезер (Deser, S.), Self-interaction and gauge invariance. Gen. Rel. and Grav., 1, 9-18, 1970. de Cummep (de Sitter W.), On Einstein's Theory of Gravitation and its Astronomical Consequences. Mon. Not. Roy. Astron. Soc., 78, 3-28, 1917.

50. Джаффе и dp. (Jaffe A.H. et al.), Cosmology from MAXIMA-1, BOOMERANG & COBE/DMR CMB observations, astro-ph/0007333, 2000.

51. Дженкинс и dp. (Jenkins A. et al.), Evolution of structure in Cold Dark Matter universes. Astrophys. J., v.499, 20-40, 1998.

52. Джха и Шмидт (Jha S. and Schmidt В.), Testing cosmic acceleration with type la supernovae. astro-ph/0101521, 2001.

53. Догтером и Пиетронеро (Dogterom, M., Pietronero, L.), Phys. A, 171, 239-248, 1991.

54. Дэвис (Davis, М.), Is the universe homogeneous on large scales? in Critical Dialogues in

55. Cosmology ed. N.Turok, World Scientific, Singapore, pp.13-23, 1997.

56. Дэвис и Пиблс (Davis, M., Peebles, P. J. E.), A survey of galaxy redshifts V. Thetwo-point position and velocity correlations. Astrophys.J., 267, 465-482, 1983.

57. Иваненко ДД-, Соколов А.А., Квантовая теория гравитации. Вестник МГУ, N 8,103.111, 1947.

58. Иванчик и dp. (Ivanchik A. et al.), Does the proton-to-electron mass ratio vary in the course of cosmological evolution? astro-ph/0210299, 2002.

59. Йоши ( Yoshii, Yu.), Detection and selection effects in observations of faint galaxies, Astrophys. J., 403, 552-566, 1993.

60. Калогера и Бэйм (Kalogera V., Baym G.), The maximum mass of a neutron star. Astrophys. J., v. 470, L61-L64, 1996.

61. Канбах и др. (Kanbach G. et al.), Correlated fast X-ray and optical variability in the black hole candidate XTE J1118+480. Nature, v. 414, 180-182, 2001.

62. Караченцев И.Д. и Макаров Д.И. Местное поле скоростей галактик. Астрофизика, т.44, 5, 2001.

63. Караченцев и др. (Karachentsev I. et al.), The very local Hubble flow. Astron. Astrophys., v.389, 812-824, 2002.

64. Каррол и др. (Carroll, S. M., Press, W. H., Turner, E. L.), The cosmological constant. Ann. Rev. Astron. Astrophys., 30, 499-542, 1992.

65. Клыпин и др. (Klypin A. et al.), Galaxies in N-body simulations: overcoming the over-merging problem. Astrophys. J., v.516, 516-530, 1999.

66. Клыпин и др. (Klypin A. et al.), Constrained simulations of the real Universe: the Local Supercluster. astro-ph/0107104, 2001.

67. Колберг и др. (Colberg J. et al.), Clustering of galaxy clusters in CDM universes, astro-ph/0005259, 2000.

68. Колеман и Пиетронеро (Coleman, P. H. & Pietronero, L.), The fractal structure of the universe. Phys. Rep., 213, 311-391, 1992.

69. Комберг и Лукаш (Romberg В., Lukash V.), Great attractors at high redshifts? Mon. Not. R. Astron. Soc., v.269, 277-282, 1994.

70. Коулс (Coles P.) An unprincipled Universe? Nature, 391, 120-121, 1998.

71. Крамер (Kramer M.), Determination of the geometry of the PSR В1913+16 system bygeodetic precession. Astrophys. J., v.509, 856-860, 1998.

72. Крейчнан (Kraichnan R.), Special-relativistic derivation of generally covariant gravitation theory. Phys. Rev., v. 98, 1118-1122, 1955.

73. Лавдэй и др. (Loveday J. and SDSS collaboration), The Sloan Digital Sky Survey. astro-ph/0207189, 2002.

74. Лай и Шапиро (Lai D., Shapiro S.T.), Gravitational radiation from rapidly rotatingnascent neutron stars. Astrophys. J., v.442, 259-272, 1995.

75. Ландау Л., Лифшиц E., Теория поля, изд. 7-е, Наука, Москва, 1988.

76. Латтимер и Пракаш (Lattimer J.M., Prakash М.), Neutron star structure and theequation of state. Astrophys. J., v. 550, 426-442, 2001.

77. Лахав (Lahav O.), Observational tests of FRW world models, astro-ph/0112524, 2001. Лахав (Lahav O.), Moriond Conference Summary: The Cosmological models, astro-ph/0208297, 2002.

78. Лейбундгут, (Leibundgut В.), Cosmological implications from observations of type la supernovae. Ann. Rev. Astron. Astrophys., 39, 67-98, 2001.

79. Леметр (Lemaitre G.), A homogeneous Universe of constant mass and increasing radiusaccounting for the radial velocity of extra-galactic nebulae. Mon. Not. R.A.S., v.91, 483-490, 1931 (translation from original form 1927).

80. Любин и Сэндидж (Lubin L., Sandage, A.), The Tolman surface brightness test for the reality of the expansion.IV. Astron. J., 122, 1084-1103, 2001.

81. Мазур и Моттола (Mazur P.O., Mottola E.), Gravitational condensate stars, gr-qc/0109035, 2001.

82. Мандельброт (Mandelbrot, В. В.), How long is the coast of Britain? Statistical self-similarity and fractal dimension, Science, 155, 636-638, 1967.

83. Мандельброт (Mandelbrot, В. В.), Fractals: Form, Chance and Dimension, W. H. Freeman, New York, 1977.

84. Мандельброт (Mandelbrot, В. В.), The fractal geometry of nature, W. H. Freeman, New York, 1982.

85. Мандельброт (Mandelbrot, В. В.), Fractals and Multifractals: Noise, Turbulence and Galaxies, Springer, New York, 1988.

86. Мандельброт (Mandelbrot, В. В.), Galaxy distributions and fractals. Astro. Lett, and Communications, v.36, 1-5, 1997.

87. Мартинес и Саар (Martinez V.J., Saar Е.), Clustering statistics in cosmology, astro-ph/0209208, 2002b.

88. Марфи и др. (Murphy M.T. et al.), Possible evidence for a variable fine structure constant from QSO absorption lines: systematic errors. Mon.Not.Roy.Astron.Soc., v.327, 327-334, 2001.

89. Маттиг (Mattig W.), Astron. Nach., v.284, 109, 1958.

90. Мауцели и др. (Mauceli E. et al.), Search for gravitational radiation from supernova 1993J. Phys. Rev., D 56, 6081-6084, 1997.

91. Медведев Б.В., Начала теоретической физики, Наука, М., 1977.

92. Мелиа и Фалке (Melia F., Falcke Н.), The supermassive black hole at the Galactic Center. Ann. Rev. Astron. Astrophys., v. 39, 309-352, 2001.

93. Меллиер (Mellier Y.), Probing the universe with weak lensing. Ann. Rev. Astron. Astrophys., v. 37, 127-189, 1999.

94. Мизнер и др. (Misner, С., Thorne, К., Wheeler, J.), Gravitation, Freeman, San Francisco, 1973.

95. Милгром (Milgrom M.), A modification of the Newtonian dynamics as a possible alternativeto the hidden mass hypothesis. Astrophys. J., 270, 365-370, 1983.

96. Милгром (Milgrom M.), MOND theoretical aspects, astro-ph/0207231, 2002.

97. Mumpa (Mitra A.), On the Final State of Spherical Gravitational Collapse, astroph/0207056, 2002.

98. Миллер и Батуски (Miller С., Batuski D.), The power spectrum of the rich clusters on near-Gigaparsec scales, astro-ph/0002295, 2000.

99. Muxeeea E.JI. и др., Современный статус моделей с "горячим" и "холодным" скрытым веществом. Астрон. Ж., 78, 195-204, 2001.

100. Моларо, Левгиаков и др. (Molaro P., Levshakov S. et al.), The cosmic microwave background radiation temperature at z = 3.025 toward QSO 0347-3819. Astron. Astrophys. Lett., 381, L64-L67, 2002.

101. Мошинский (Moshinsky M.), On the interactions of Birkhoffs gravitational field with the electromagnetic and pair fields, Phys. Rev., v. 80, 514-519, 1950. Myp (Moore B. ), The Dark Matter Crisis, astro-ph/0103100, 2001.

102. Мур и др. (Moore В. et al.), Dark matter substructure within galactic halos. Astrophys. J., v.524, L19-L22, 1999.

103. Мур и др. (Moore В. et al.), Dark matter in Draco and the Local Group: Implications for direct detection experiments, astro-ph/0106271, 2001.

104. Нагирнер Д.И., Элементы космологии, изд-во С.-Петербургского университета, СПб, 2001.

105. Нараян и др. (Narayan Ft., et al.), Advection-dominated accretion and black hole event horizons. Astrophys. J., v. 478, L79-L82, 1997.

106. Нараян и др. (Narayan R., et al.), X-ray novae and the evidence for black hole event horizons, astro-ph/0107387, 2001.

107. Нарликар ( Narlikar, J. V.), Introduction to Cosmology, Cambr. Univ. Press, London, 1993.

108. Новак (Novak J.), Spherical neutron star collapse toward a black hole in a tensor-scalar theory of gravity. Phys. Rev., D 57, 4789-4801, 1998.

109. Огиеветский и Полубаринов (Ogievetsky, V.I., Polubarinov, I.V.), Interacting Field of Spin 2 and the Einstein Equations. Ann. Phys., 35, 167-208, 1965.

110. Окороков В.В., О противоречивости экспериментов, подтверждающих некоторые выводы общей теории относительности. Доклады АН, т. 378, 617-619, 2001. Окунь Л.Б., Селиванов К.Г., Телегди В.Л., Гравитация, фотоны, часы. УФН, т.169, 1141-1147, 1999.

111. Павлов и др. (Pavlov G.G. et al.), Thermal radiation from neutron stars: Chandra results. astro-ph/0206024, 2002.

112. Пачинский (Paczynski В.), Gamma-ray burst supernova relation, astro-ph/9909048, 1999.

113. Пврданг (Perdang, J.), Astrophysical fractals: an overview and prospects. Vistas in Astron., 33, 249-294, 1990.

114. Перлмуттер и др. (Perlmutter, S. et al.), Measurements of Q and A from 42 high-redshift supernovae. Astrophys. J., 517, 565-586, 1999.

115. Пиблс (Peebles, P. J. E.), The Large-Scale Structure of the Universe, Princeton Univ. Press, Prinston, New Jersey, 1980.

116. Пиблс (Peebles, P.J.E.), Cosmology and the very nearby galaxies. J.Roy. Astron.Soc.Can., v.83, 363-376, 1989.

117. Пиблс (Peebles, P.J.E.), Principles of physical cosmology, Princeton Univ. Press. Princeton, 1993.

118. Пиблс (Peebles, P.J.E.), The void phenomenon, astro-ph/0101127, 2001.

119. Пиблс (Peebles, P.J.E.), When did the large elliptical galaxies form? astro-ph/0201015,2002a.

120. Пиблс (Peebles, P.J.E.), From precision cosmology to accurate cosmology, astro-ph/0208037, 2002b.

121. Пиблс и Pampa(Peebles, P.J.E., Ratra В.), The Cosmological Constant and Dark Energy, astro-ph/0207347, 2002.

122. Пиетронеро и Силос Лабини (Pietronero, L., Sylos Labini, F.), Cosmological Principleand the debate about Large Scale Structure distribution, in Birth of the Universe andfundamental physics, F. Occhionero ed., Springer Verlag, 1994.

123. Пикок (Peacock J.A.), Cosmological Physics, Cambridge Univ. Press, 1999.

124. Пикок (Peacock J.A.), Studying large-scale structure with the 2dF Galaxy Redshift Survey.astro-ph/0204239, 2002.

125. Пите и Шиеве (Pitts J., Schieve W.), Null cones in Lorentz-covariant general relativity. gr-qc/0111004, 2001.

126. Пицелла (Pizzella G.), Gravitational wave experiments with resonant antennas, in Gravitational Wave Data Analysis, pp. 173-194, 1989.

127. Пуанкаре (Poincare H.), Sur la dynamique de l'electron. Rendiconti del Circolo Matematico di Palermo, v.21, 129-175, 1906.

128. Рибэйро (Ribeiro M.B.), On modeling a relativistic hierarchical (fractal) cosmology by Tollman's spacetime: I. Theory. Astrophys.Л., 388, 1, 1992.

129. Робертсон и Лейтер (Robertson S.L., Leiter D.J.), Evidence for intrinsic magnetic moments in black hole candidates. Astrophys. J., 565, 447, 2002a.

130. Робертсон и Лейтер (Robertson S.L., Leiter D.J.), How black are black hole candidates? astro-ph/0208333, 2002b.

131. Розенфелъд (Rosenfeld L.), Ann. Physik, v. 5, 113, 1930.

132. Руденко B.H., Современные программы поиска гравитационного излучения. Всероссийская астрономическая конференция, СПб, 2001, стр. 155. Рудницкий (Rudnicki К.), The Cosmological Principles, Jagiellonian University, Krakow, 1995.

133. Санвал и др. (Sanwal D., et al.), Discovery of absorption features in the X-ray spectrum of an isolated neutron star, astro-ph/0206195, 2002.

134. Селвуд и Косовский (Sellwood Л.A., Kosowsky A.), Does Dark Matter Exist? astro-ph/0009074, 2000.

135. Силос Лабини (Sylos Labini, F.), Isotropy, Homogeneity and dipole saturation. Astrophys.1. J., v.433 , 464 , 1994.

136. Силос Лабини и Амендола (Sylos Labini, F., Amendola, L.), Power spectrum of self-similar distribution. Astrophys. J., v.468, L1-L4, 1995.

137. Силос-Лабини, Габриэлли, Пиетронеро (Sylos Labini, F., Gabrielli A., Pietronero, L.),

138. Statistical Physics for Cosmic Structures. Springer-Verlag, 2003 in press.

139. Силос Лабини, Монтуори и Пиетронеро (Sylos Labini, F., Montuori M., Pietronero,1.), Scale-in variance of galaxy distribution. Phys. Rep., v. 293, 61-226, 1998.

140. Силос Лабини и Пиетронеро (Sylos Labini, F., Pietronero, L.), Multifractality as a linkbetween luminosity and space distribution of visible matter. Astrophys. J., v. 469, 26-39,1996.

141. Соколов (Sokolov,V. V.), Linear and nonlinear gravidynamics: static field of a collapsar. Astrophys.Sp.Sci., 191, 231-258, 1992a.

142. Соколов (Sokolov,V. V.), Nonlinear gravidynamics: energy-momentum tensor of collapsar field. Astrophys.Sp.Sci., 197, 87-108, 1992b.

143. Соколов (Sokolov,V. V.), The properties of the strong static field of a collapsar in gravidynamics. Astrophys.Sp.Sci., 197, 179-212, 1992c.

144. Соколов и Жариков (Sokolov,V. V., Zharykov S.V.), Masses of macroscopic quark configurations in metric and dynamic theories of gravitation. Astrophys.Sp.Sci., 201, 303-319, 1993.

145. Соколов и др. (Sokolov,V. V., Zharykov S.V., Baryshev Yu.V. et al.), Properties of the host galaxy of the gamma-ray burst 970508 and local star-forming galaxies, Astron.& Astrophys., 344, 43-50, 1999.

146. Спергел и Стейнхардт (Spergel D.N., Steinhardt P.J.), Phys. Rev. Lett., 84, 3760, 2000.

147. Страуман (Straumann N.), Reflections on gravity, astro-ph/0006423, 2000.

148. Сэндидж. (Sandage, A.), The ability of of the 200-inch telescope to discriminate betweenselected world models. Astrophys. J., 133, 355-392, 1961.

149. Сэндидж (Sandage, A.), Observational tests of world models. Ann. Rev. Astron. Astrophys., 26, 561-630, 1988.

150. Сэндидж (Sandage A.), Astronomical problems for the next three decades. In Key Problems in Astronomy and Astrophysics, Mamaso A. and Munch G. eds., Cambridge University Press, 1995.

151. Сэндидж (Sandage, A.), Bias properties of extragalactic distance indicators.VIII. Astrophys. J., 527, 479-487, 1999.

152. Танака и Шибазаки (Tanaka Y., Shibazaki N.), X-ray novae. Ann. Rev. Astron. Astrophys., v. 34, 607-644, 1996.

153. Танюхин И.М., Энергия гравитационного поля и модели нейтронных звезд. Дипломная работа, СПбГУ, 1995.

154. Таситсиоми (Tasitsiomi A.), The Cold Dark Matter crisis on galactic and subgalactic scales, astro-ph/0205464, 2002.

155. Тернер (Turner M.), Making sense of the new cosmology, astro-ph/0202008, 2002a. Тернер (Turner M.), Dark Matter and Dark Energy: The Critical Questions, astroph/0207297, 2002b.

156. Теро и др. (Theureau G. et al.), Kinematics of the Local Universe.V., Astron. Astrophys., v.322, 730, 1997.

157. Tuppum (Thirring, W. E.), An alternative approach to the theory of gravitation, Ann. of Phys., v. 16, 96-117, 1961.

158. Тихонов А., Макаров Д., Копылов А., Исследование скучивания галактик, скоплений и сверхскоплений методом корреляционной Гамма-функции. Бюллетень С АО РАН, т.50, 39-50, 2001.

159. Торн (Thorne К.), Probing black holes and relativistic stars with gravitational waves. gr-qc/9706079, 1997.

160. Узан (Uzan J.-P.), The fundamental constants and their variation: observational status and theoretical motivations, hep-ph/0205340, 2002.

161. Уилл К., Теория и эксперимент в гравитационной физике, М., Энергоатомиздат, 1985. Уилл (Will С.М.), The confrontation between general relativity and experiment, gr-qc/0103036, 2001.

162. Уолкер (Walker A.G.), Completely Symmetric Spaces. J. London Math. Soc., 19, 219-226, 1944.

163. Фабиан (Fabian A.C.), X-ray and accretion discs as probes of strong gravity of black holes, astro-ph/0103438, 2001.

164. Фалке, Мелиа и Агол (Falcke Н., Melia F., Agol E.), Viewing the shadow of the black hole in the Galactic Center. Astrophys. J., v. 528, L13-L16, 2000.

165. Фанг и др. (Fang, L. L., Mo, H. J., Ruffini, R.), The cellular structure of the universe andcosmological tests. Astron. Astrophys., 243, 283-294, 1991.

166. Фаулер (Fowler W.), The stability of supermassive stars. Astrophys. J., v. 144, 180-200, 1966.

167. Фейнман и др. (Feynman R., Morinigo F., Wagner W.), Feynman Lectures on Gravitation, Addison-Wesley Publ. Сотр., 1995.

168. Филипенко и Райес (Filippenko A.V. and Riess A.G.), Evidence from type la supernovae for an accelerating universe, astro-ph/0008057, 2000.

169. Финкелыитейн A.M., ред., Труды ИПА РАН, вып. 8, Небесная механика 2002: Результаты и перспективы, 2002.

170. Финн (Finn L.S.), LIGO's "Science Reach", gr-qc/0104042, 2001.

171. Фирц и Паули (Fierz М., Pauli W.), On relativistic wave equations for particles of arbitrary spin in electromagnetic field. Proc. Roy. Soc., 173 A, 211-232, 1939.

172. Фишбах и Талмадж (Fischbach E., Talmadge C.), Six years of the fifth force. Nature, 356, 207-215, 1992.

173. Фридман (Friedmann, A.), On the curvature of space. Zeits. f. Physik, 10, 377, 1922. Фридман (Friedmann, A.), On a possibility of world with constant negative curvature of space. Zeits. f. Physik, 21, 326, 1924.

174. Фронсдал (Fronsdal C.), Sup. Nuovo Cim., v. 9, 416-443, 1958.

175. Фуджи (Fujii Y.), Cosmological constant, quintessence and scalar-tensor theories of gravity. Gravitation k. Cosmology, 6, 107-115, 2000.

176. Фурнье Д'Альбе ( Fournier d' Albe, E. E.), Two New Worlds, Longmans Green, London, 1907.

177. Хаббл (Hubble, E.), A relation between distance and radial velocity among extra-galactic nebulae. Proceed. Nat. Acad. Sci., 15, 168-173, 1929.

178. Хаббл и Толмен (Hubble, E., Tolman R., C.), Two methods of investigating the nature of the nebular red-shift. Astrophys. J., v. 82, 302-337, 1935.

179. Харрисон (Harrison, Е. R.), The redshift-distance and velocity-distance laws. Astrophys. J., 403, 28-31, 1993.

180. Харрисон (Harrison, E. R.), Mining energy in an expanding universe. Astrophys. J., 446, 63-66, 1995.

181. Шарлъе (Charlier, С. V. L.), How an infinite world may be built up. Arkiv for Mat. Astron. Physik, 16, 1-35, 1922.

182. Шибата и dp. (Shibata M. et al.), Scalar-type gravitational wave emission from gravitational collapse in Brans-Dicke theory: detectability by a laser interferometer. Phys. Rev., D 50, 7304-7317, 1994.

183. Эбисузаки Т. и dp. (Ebisuzaki Т. et al.), Missing link found? The "runaway"path to supermassive black holes, astro-ph/0106252, 2001.

184. Эйнштейн (Einstein, A.), Die Grundlage der allgemeinen Relativitatstheorie. Ann. d. Phys., 49, 769, 1916.

185. Эйнштейн (Einstein, A.), Kosmologiche Betrachtungen zur allgemeinen Relativitatstheorie, Sitzungsber. d. Berl. Alead. 1, 142, 1917.

186. Яковлев и dp. (Yakovlev D., Mitrofanov I., Levshakov S., Varshalovich D.) Effects of spherically-symmetric gravitational lenses produced by galaxies and clusters. Astrophys. Sp. Sci., 91, 133-155, 1983.