19.05.2019. - Вселенная как мегаполис

Вселенная как мегаполис

Космос похож на губку; длинные сияющие нити, состоящие из тысяч и миллионов галактик, чередуются с войдами — черными провалами, в которых звездных скоплений намного меньше, чем в среднем. Правда, увидеть Вселенную такой не дано никому: на каком бы участке «губки» ни находился наблюдатель, россыпь звезд и галактик будет казаться внутренней поверхностью сферы, в центре которой стоит смотрящий.

Астрономам в древности и вплоть до начала XX века небо казалось плоским: они умели определять расстояние только до самых близких астрономических объектов — Солнца, Луны, планет Солнечной системы и их крупных спутников; все остальное было недостижимо далеко — так далеко, что рассуждать о том, что ближе, а что дальше, не имело смысла. Только в начале XX века дальний космос начал приобретать объем: появлялись новые способы измерения расстояний до далеких звезд — и мы узнали, что кроме нашей галактики существует еще бессчетное множество звездных скоплений. А к концу века человечество обнаружило, что его родная галактика кружится в одном из просветов между нитями звездной «губки» — в месте, очень пустом даже по космическим меркам.

Человеческий глаз может отличить далекий объект от близкого, только если эти объекты не слишком удалены от наблюдателя. Дерево, растущее неподалеку, и гора на горизонте; человек, стоящий в строю перед смотрящим — и через сто человек от него. Понять, что далеко, а что близко, нам позволяют бинокулярность (с одним глазом это сделать тоже можно, но с меньшей точностью) и способность мозга оценивать параллакс — изменение видимого положения объекта относительно удаленного фона.

Когда мы смотрим на звезды, все эти фокусы оказываются бесполезны. Располагая мощным телескопом, можно оценить расстояние до ближайших к Солнцу звезд с помощью параллакса, но на этом наши возможности заканчиваются. Максимум, достижимый с помощью этого метода, выполнил в 2007 году спутниковый телескоп Hipparcos, измеривший расстояние до миллиона звезд в окрестностях Солнца. Но если параллакс — ваше единственное оружие, то все, что дальше нескольких сотен тысяч парсеков, остается точками на внутренней поверхности сферы. Вернее, оставалось — до двадцатых годов прошлого века.

"Первым человеком, придавшим глубину плоской картинке далекого космоса, стал эстонский астрофизик Эрнст Эпик, измеривший скорость вращения одного яркого звездного скопления и выведший из этой скорости расстояние до него. Оказалось, что это расстояние намного превосходит размер Млечного Пути, в то время определенный уже довольно точно, — а значит, не может быть его частью. Этим скоплением была галактика Андромеды, ближайший (кроме карликовых галактик-спутников) сосед Млечного Пути. Измерить расстояния там, где метод параллакса бессилен, помогло свойство некоторых ярких звезд менять период изменения светимости от их звездной величины. Первые такие звезды обнаружили в созвездии Цефея, поэтому сейчас все они называются цефеидами; известные сегодня тысячи цефеид помогли определить расстояния до галактик, удаленность которых с помощью параллакса установить нельзя. Новый шаг сделали астрономы, открывшие зависимость между расстоянием до астрономического объекта и смещением его спектральных линий в красную сторону (при сохранении расположения этих линий относительно друг друга).

Эта заслуга обычно приписывается Эдвину Хабблу, но он открыл красное смещение благодаря работам пары десятков коллег. Измеряя красное смещение, можно установить расстояние до самых далеких из наблюдаемых объектов — даже скоплений галактик, в которых мы не можем различить ни одной переменной звезды, не говоря уже о том, чтобы измерить их годичный параллакс. Когда астрономы научились пользоваться всеми описанными выше способами измерения расстояний до источников излучения и получили надежные инструменты — очень мощные телескопы и чувствительные спектрометры, наземные и космические, Вселенная предстала перед учеными в виде губки, большая часть вещества которой сосредоточена в галактических скоплениях — нитях и стенах, а огромная (до 90%) часть пространства занята войдами — регионами, плотность вещества в которых на 15?50% ниже средней. В 1977 году в Таллин съехались астрономы со всего мира — обмениваться результатами измерений групп галактик и их распределения в космосе.

После этого исторического события понятие «крупномасштабная структура Вселенной» обрело свое современное значение. До тех пор Вселенная представлялась заполненной галактиками относительно равномерно; Яан Эйнасто, один из пионеров исследования крупномасштабной структуры, вспоминает о том, как его статьи с описанием галактических нитей и пустот между ними не принимали астрономические журналы со словами «никаких нитей не может быть». Доклад за докладом участники Таллинского симпозиума разрушали эту равномерность. В итоге она уступила место тому, что в конце семидесятых называли «клеточной структурой Вселенной»."

Симуляция Millenium обсчитывает 10 млрд частиц в кубе с ребром около 2 млрд световых лет. Для ее первого запуска в 2005 году использовались предварительные данные миссии WMAP, которая изучала реликтовое излучение Большого взрыва. После 2009 года, когда космическая обсерватория «Планк» уточнила параметры реликтового излучения, симуляцию неоднократно перезапускали, каждый раз на это уходил месяц работы суперкомпьютера Общества Макса Планка. Симуляция показала образование галактик и их распределение — появление скоплений галактик и пустот между ними.

Где в космической «губке» находится Млечный Путь?

Галактика Млечный Путь расположена в 700 тыс. парсеков от ближайшей крупной галактики — Андромеды — и вместе с галактикой Треугольника и полусотней карликовых галактик-спутников составляет Местную группу галактик. Местная группа вместе с десятком других групп входит в Местный лист — галактическую нить, часть Местного сверхскопления галактик (суперкластер), иначе известную как сверхскопление Девы; кроме нашей, в нем еще около тысячи крупных галактик. Дева, в свою очередь, входит в сверхскопление Ланиакеи, в котором уже порядка 100 тыс. галактик. Ближайшие соседи Ланиакеи — сверхскопление Волос Вероники, сверхскопление Персея-Рыб, сверхскопление Геркулеса, скопление Льва и другие. Ближайший к нам кусочек космической пустоты, Местный войд, находится по ту сторону Млечного Пути, которая не обращена к Местному листу. От Солнца до центра Местного войда — около 23 Мпк, а его диаметр составляет примерно 60 Мпк, или 195 млн световых лет. И это капля в море по сравнению с по-настоящему Большой Пустотой, которая нас, возможно, окружает.

Источник