что такое галактические нити
Астрономы обнаружили крупнейшую из вращающихся структур во Вселенной
Учёные нашли свидетельства вращения крупнейших из известных нам структур – галактических нитей, простирающихся на сотни миллионов световых лет. Это было обнаружено благодаря отслеживанию движения находящихся в этих нитях галактик. Работа опубликована в журнале Nature Astronomy.
За время человеческой жизни рисунок небосвода практически не меняется, однако на самом деле ничто не стоит на месте. В галактиках рождаются и умирают звёзды, наша Солнечная система движется вокруг центра нашей Галактики, сами галактики сталкиваются между собой.
На самых крупных масштабах материя, обычная и тёмная, образует космическую паутину – нити, тянущиеся между скоплениями галактик, протяжённостью в несколько сотен миллионов световых лет. Большинство галактик находится в скоплениях, но вдоль нитей они тоже встречаются.
Как пояснил астрофизик Пенг Вонг из Астрофизического института им. Лейбница в Германии, разметив движение галактик, находящихся на этих гигантских космических суперхайвеях, учёные обнаружили, что эти нити вращаются. Данные для этих расчётов были получены из Слоановского цифрового небесного обзора.
Диаметр нитей мал по сравнению с их длиной – он составляет всего лишь несколько миллионов световых лет. Хотя на таких больших масштабах заметить движение галактик непосредственно нельзя, мы всё равно можем зафиксировать его благодаря изменению свойств испускаемого ими света.
Эффект допплеровского смещения изменяет длину волны света в зависимости от того, движется ли его источник к нам или от нас. У приближающихся источников длина волны сокращается, уходя в синюю часть спектра, у удаляющихся – удлиняется, уходя в красную.
Тщательно изучив свет от галактик, находящихся внутри галактических нитей, и сравнив их друг с другом, астрономы обнаружили, что свет галактик с одной стороны нити в среднем был сдвинут в красную часть спектра по сравнению с галактиками, расположенными с другой стороны. Именно такую картину можно наблюдать, если галактики движутся перпендикулярно оси нити.
Космолог Ноам Либскинд отметил, что на таких масштабах галактики кажутся песчинками, и пояснил, что они двигаются по спиралевидным орбитам – одновременно вращаются вокруг оси нити и движутся вдоль неё. На таких масштабах подобных движений раньше не наблюдалось. Судя по всему, существует пока неизвестный нам физический механизм, придающий вращательный момент этим объектам.
Согласно общепринятой космологической модели в ранней Вселенной вращения не должно было быть, а вся материя перемещалась из менее плотных в более плотные регионы. Пока у нас недостаточно данных для того, чтобы оформлять теории в те или иные модели развития Вселенной.
Галактическая нить
Известно, что Вселенная состоит из скопления звёзд и галактик. Но, чтобы ориентироваться в таком многочисленном пространстве, стоит пользоваться более обобщёнными терминами. Для этого и придумали понятие — «галактическая нить». Что же это из себя представляет?
Под такой нитью астрономы подразумевают крупные сверхскопления галактик, образовавшиеся вдоль войдов, пустых участков с тёмной материей. Галактические волокна являются самыми огромными образованиями во Вселенной. Размеры таких связей могут достигать нескольких сотен миллионов световых лет.
Внутри эти комплексы сверхскоплений заполняет невероятно горячий и в то же время очень разреженный газ. Его температура составляет 10 млн градусов Цельсия, а плотность газа равна нескольким атомам на кубический метр. Данный газ способствует особому расположению галактик внутри скоплений, а также удерживает их в определённых положениях относительно друг друга.
Галактическая нить располагается между пространств с тёмной материей. Эти цепочки вместе с войдами образуют так называемые «великие стены» — скопления и сверхскопления, в которых располагаются галактики всей нашей Вселенной. В свою очередь, крупнейшие сплетения образуются в результате притягивания тёмной материей обычной. Благодаря силе гравитации, тёмная материя способна поддерживать сетевидное структурирование Вселенной, удерживая всё на своих позициях.
В настоящее время процесс изучения галактических нитей ещё незавершён, поэтому открыто около двух десятков таких комплексов. В 1980-х годах началось изучение данной отрасли астрономии, и продолжается оно по сей день. Успешным прорывом для астрономии стал 2013 год, когда были открыты Громадная группа квазаров и Великая стена Геркулес, то есть Северная Корона.
Галактические нити вращаются – это знание меняет представления ученых о космосе
Галактики, как это может показаться, не были распределены по Вселенной случайным образом: большинство из них собрались в группы, которые и связали между собой галактические нити.
В прошлом году ученые изучили самую длинную из когда-либо обнаруженных нитей, протянувшуюся на 50 млн световых лет. А самая крупная космическая структура, когда-либо обнаруженная, — это так называемая Великая стена Геркулес – Корона Бореалиса, расположенная между созвездиями Геркулеса и Северная корона. Это чрезвычайно длинная галактическая нить размером более 10 млрд световых лет.
Согласно новому исследованию специалистов Потсдамского астрофизического института имени Лейбница (Германия), последнее, что стало известно об этих огромных волокнах, пересекающих всю Вселенную, — они вращаются. Исследователи нанесли на карту движение, которое происходит в галактиках, и обнаружили, что огромные космические волокна вращаются в масштабе сотен миллионов световых лет. И это стало неожиданностью для астрофизиков.
Астрономы ранее не видели вращения Вселенной в таких масштабах. Нам известно о вращении Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца, о движении Солнца вокруг себя и центра Млечного Пути. Во Вселенной мы также наблюдаем, что все планеты вращаются вокруг своей оси, что звезды вращаются вокруг черных дыр, и что галактики также вращаются, образуя большие спиральные структуры. Но согласно статье, опубликованной в Nature Astronomy, гигантские галактические нити, в которых находятся два триллиона известных галактик, также вращаются.
Это означает, что угловой момент (момент вращения объекта) имеет место в бесконечно больших масштабах, а не только в масштабе планет, звезд, галактик, скоплений, галактических сверхскоплений и звездных скоплений. Возможно, что во Вселенной вращается вообще все.
Исследователи говорят, что генерация вращения является одной из ключевых загадок в изучении космоса. Вращение — это следствие эволюции Вселенной: его не было в ранней Вселенной, но оно возникло при формировании галактик, отметив всю их последующую эволюцию, согласно космологическим моделям.
Ученые отмечают, что космическая паутина в целом и галактические нити в частности тесно связаны с образованием и эволюцией галактик. Они также сильно влияют на движения галактик, могут регулировать их направление и движение гало темной материи.
Идея полного вращения Вселенной не нова, она продолжала развиваться с середины XX века. Было даже высказано предположение, что Вселенная возникла в результате углового движения, хотя происхождение вращения объектов, от звезд до галактик, пока остается вопросом без ответа. В настоящее время нет единого мнения о том, вращается ли вся Вселенная или нет, но открытие вращения космических нитей подтверждает эту гипотезу.
Что такое космическая паутина?
Глядя на ночное небо, кажется, что звезды и галактики расположены более или менее случайным образом. Это, однако, не совсем так. Несмотря на хаотичность, Вселенная — это не случайная путаница объектов. Может показаться удивительным, однако у Вселенной есть структура, состоящая из массивных нитей галактик, разделенных между собой гигантскими пустотами. Ученые называют эту структуру космической паутиной. Но почему она такая странная? Ответ, вероятно, заключается в процессах, которые произошли в первые несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва.
Так выглядит космическая паутина
Что такое войды и галактические нити?
Нам с вами невероятно повезло. По крайней мере, так считал выдающийся физик-теоретик Стивен Хокинг. По мнению ученого, хоть мы и живем на обыкновенной планете, что вращается вокруг ничем не примечательной звезды, у нас есть шанс познать Вселенную. Сегодня составлена карта не только ближайших к Земле экзопланет, но также всей наблюдаемой Вселенной. И если от одного взгляда на такую карту у вас начинает немного кружится голова, то приготовьтесь к настоящему аттракциону.
Перед вами карта наблюдаемой Вселенной. С ума сойти можно, правда?
Чтобы попытаться представить себе примерные масштабы происходящего, давайте начнем отсчет от галактики Млечный Путь. Наши ближайшие галактические соседи это галактика Андромеды и галактика Треугольника. А также около 50 галактик Местной группы. Космический телескоп Hubble не раз фотографировал этих удивительных жителей космического пространства. Однако не стоит забывать о том, что Вселенная расширяется, а значит, галактики разлетаются друг от друга в самые разные стороны. Недавно мы писали о том, что на космических просторах чего только не происходит, в том числе и столкновение сразу трех галактик между собой.
Так выглядят 15 тысяч галактик в объективе телескопа Hubble
Однако помимо галактик на просторах космоса существуют туманности, звездные скопления, скопления галактик и даже сверхскопления галактик. Некоторые подобные объекты в наблюдаемой Вселенной были выделены астрономами в масштабные структуры из-за своих невероятно больших размеров. Самые крупные из них простираются на сотни и миллиарды световых лет. Из-за своей вытянутой формы, эти объекты были названы галактическими нитями. Эти нити переплетаются между собой, заполняют пустое космическое пространство — или войды (от английского “пустота”), словно образуя трехмерную паутину. Но и это еще не все — войды и галактические нити могут образовывать “великие стены” — относительно плоские комплексы скоплений и сверхскоплений галактик.
Какие еще тайны Вселенной вас интересуют? Давайте обсудим их с участниками нашего Telegram-чата.
Сверхскопления галактик и великие стены
Если в сверхскоплении насчитывается больше 100 тысяч галактик, то такое сверхскопление называется Ланиакеей, что в переводе с гавайского языка означает “необъятные небеса”. Красивое название, правда? В диаметре Ланиакея достигает 500 миллионов световых лет. А чтобы вы лучше могли представить себе ее масштабы, напомним, что диаметр галактики Млечный Путь составляет около 100 тысяч световых лет.
Ланиакея и ближайшее сверхскопление галактик Персея-Рыб выглядят примерно так
Таким образом, космическая сеть состоит из взаимосвязанных нитей сгруппированных галактик и газа, растянутых по всей Вселенной и разделенных гигантскими пустотами. Самой большой из обнаруженных на сегодняшний день структур является Великая стена Геркулес — Северная Корона, которая имеет ошеломляющие 10 миллиардов световых лет в диаметре и содержит несколько миллиардов галактик. Что касается войдов, то самым большим является войд КВС, названный в честь астрономов Кинана, Баргера и Коуи. Диаметр КВС составляет 2 миллиарда световых лет.
Еще больше новостей о самых разных открытиях из мира науки вы найдете на нашем канале в Яндекс.Дзен.
В целом, эти особенности придают Вселенной немного пенистый вид. Однако, стоит уменьшить масштаб, как этот паттерн исчезает, и Вселенная напоминает однородный кусочек галактик. У астрономов есть восхитительное название для этой внезапной однородности — Конец Величества (End of Greatness). В меньших масштабах, однако, мы можем увидеть структуру Вселенной. Но как появилась эта структура?
Все началось с Большого взрыва
Посмотрите видео ниже, чтобы лучше понять настоящие размеры Вселенной
Поскольку материя притягивает материю под действием силы гравитации, эти расхождения объясняют, почему материя “слипается” в одних местах, а не в других. Однако это не полностью объясняет структуру космической паутины. В первые 10-30 секунд после Большого взрыва Вселенная была полна первичной плазмы, слипшейся воедино из-за вышеупомянутых расхождений. Когда этот материал слипался, он создавал давление, которое противодействовало гравитации, создавая рябь, подобную звуковой волне. Физики называют эти пульсации барионными акустическими колебаниями. Проще говоря, эта рябь является продуктом обычной материи и темной материи. Как известно, темная материя — это самая загадочная структура во Вселенной. В целом, эти и множество других процессов, таких как взаимодействие обычной и темной материи породили космическую паутину, которая составляет собой структуру Вселенной.
Конечно, существует множество других процессов, которые повлияли на космическую паутину, но об этом мы расскажем вам в другой раз. В конце-концов, от описанного выше может немного кружится голова. Как бы не старались, мы не в силах осознать подобные масштабы Вселенной. При этом, понимание того, где мы с вами все-таки находимся, может помочь взглянуть на мир немного иначе.
Космическая паутина
Вселенная необъятна, ее размеры невообразимы, но научный подход предполагает, что любое сложное понятие можно разложить “по полочкам” — выделить более простые и понятные составные части. Так какая структура у Вселенной? Начнем с малой “ячейки общества” — планетарной системы. Например, в центре нашей расположена звезда по имени Солнце, а все прочие космические объекты (планеты со спутниками, карликовые планеты и малые тела вроде астероидов) под действием гравитации вращаются вокруг нее. Другие планетарные системы существуют по тому же принципу. Ближайшая к нам — Альфа Центавра. Правда, в 2007 году была открыта пока непонятная нам двойная система 55 Рака, в которую входят солнцеподобная звезда, красный карлик и пять вращающихся вокруг них планет.
Планетарные системы притягиваются друг к другу гравитацией и вместе с межзвездным газом и пылью объединяются в галактики. Объекты здесь также движутся вокруг самой тяжелой части — центра масс, или барицентра. Наша галактика — Млечный Путь. По форме она спиральная с перемычкой и имеет так называемые галактические рукава — Лебедя, Центавра, Стрельца, Ориона (в нем находится Солнечная система) и Персея.
Системы галактик тоже связаны гравитацией и объединяются в скопления. Увеличиваются массы и расстояния, но принцип сохраняется. Три крупные галактики (наш Млечный Путь, Андромеда и Треугольник) и несколько десятков соседних составляют Местную группу галактик. Ее центр масс расположен на границе между галактиками Млечный Путь и Андромеда. В свою очередь скопления галактик объединяются в сверхскопления. Например, Местная группа галактик входит в сверхскопление Девы, которое имеет размер около 200 миллионов световых лет. Дева же — часть еще большего сверхскопления Ланиакея, центр масс которой “весит” десятки тысяч Млечных Путей и имеет даже свое название — Великий Аттрактор. Если продолжить укрупнение, то Ланиакея — тоже часть комплекса сверхскоплений Рыб-Кита. Короче говоря, чтобы не свихнуться окончательно, представьте себе все увеличивающуюся гигантскую матрешку — вот вам самая простая, хотя и абсолютно ненаучная модель.
Комплексы сверхскоплений называются галактическими нитями, или филаментами. Предполагается, что они, как бусины, “нанизаны” вокруг полос загадочной темной материи, как бы извивающейся вокруг пустот — войдов, занимающих до 50% всей массы Вселенной и содержащих еще более непонятные, чем темная материя, вещи — темную энергию и протогалактические облака. И вот тут мы подходим к недавнему открытию, всполошившему научный мир. Если одна из полуосей галактической нити в продольном сечении существенно превышает другую, нить “перерастает” в галактическую стену.
На данный момент определены и найдены четыре галактические нити: Волос Вероники, Персея-Пегаса (где, кстати, мы с вами и находимся), Большой Медведицы и Рыси-Большой Медведицы. А также шесть галактических стен: стена Журавль, стена Печь, Великая Северная стена, стена Скульптора (или Великая Южная стена), Великая стена Слоуна, Великая стена Геркулес — Северная Корона. Последняя структура, названная по именам двух созвездий, в направлении которых она находится, самая огромная из всех — ее предполагаемая площадь составляет 10 миллиардов световых лет, или 10% всей наблюдаемой нами Вселенной. Поэтому предполагаемая масса новой галактической стены относительно небольшая — около 590 миллионов световых лет. Как считают астрофизики, здесь могут комфортно разместиться примерно 830 галактик.
Как ни странно, речь в данном случае идет не о совершенном оружии, придуманном Джорджем Лукасом для своей популярной фантастической саги. Звезда смерти (белый карлик WD 1145+017) — вполне реальный, недавно открытый объект, находящийся от нас на расстоянии 570 световых лет в созвездии Девы. Его возраст оценивается в 175 миллионов лет. Вот уже более полугода ученые наблюдают гибель его планетарной системы, аналогичной Солнечной, сообщает авторитетный научный журнал Astrophysical Journal Letters.
Судя по всему, в ней когда-то находилось от 6 до 12 планет, часть которых была поглощена звездой, а остальные под воздействием усиливающейся гравитации начали стремительно раскалываться на все большее количество обломков и постепенно превращаются в космическую пыль.
Ученые полагают, что через несколько миллиардов лет нас ждет та же судьба — Солнце станет красным гигантом и поглотит Меркурий, Венеру, а также, вероятно, Землю и Марс. Впоследствии внутри светила произойдет выгорание ядерного “горючего” и оно, превратившись уже в белого карлика, аналогично WD 1145+017 начнет разрушать объекты вокруг себя.
Евгений Толкачев, главный научный сотрудник Института физики имени Б.И. Степанова, доктор физико-математических наук, профессор:
— Самое интересное во всех сообщениях и открытиях на космическую тему, которыми сейчас буквально кишит интернет, — то, что мы сейчас, в данный момент, фактически наблюдаем наше собственное будущее через призму прошлого. Объясню, что я имею в виду.
Данные телескопов, космических исследовательских зондов, станций и так далее — это информация, пришедшая к нам через огромные расстояния и миллионы световых лет. И пока она “летела” до адресата, то есть нас с вами, положение вещей уже многократно изменилось. Например, видимая нами звезда или газовое облако давно прекратили свое существование, а мы продолжаем наблюдать уже несуществующие объекты. И даже самые “свежие” для нас данные на самом деле давно устарели. Тем не менее эти сигналы из далекого прошлого позволяют многое узнать о будущем, которое неминуемо ждет и нас. Например, если речь идет о так называемой звезде смерти — недавно обнаруженном белом карлике, который съедает (а вполне возможно, что уже съел, учитывая обстоятельства, о которых мы говорим) остатки своей планетарной системы. Такое же развитие событий ждет и Солнечную систему. Правда, разрушительный процесс начнется через 7—8 миллиардов лет, так что нынешнему поколению и многим последующим можно не беспокоиться. Однако теперь мы совершенно точно знаем, что поиски нового дома для человечества — это уже вопрос выживания.
По мере совершенствования техники мы можем видеть дальше. По мере развития науки вообще приобретаем новые знания и приходим к пониманию процессов, происходящих за пределами нашей планеты и Солнечной системы. Причем многие открытия последнего времени, например, такие, как темная материя (которая никак не проявляет себя физически, кроме как поглощением света), относятся к вещам, которые, грубо говоря, нельзя потрогать руками. Но все это (кстати, и благодаря СМИ, за что им отдельное спасибо) вызывает большой интерес в обществе. В результате сейчас очень быстрыми темпами развивается техническая база — строятся новые обсерватории, запускаются амбициозные и не очень проекты, причем многие из них рассчитаны на обычных людей. У нас это не так распространено, однако за рубежом в очень серьезных исследованиях участвуют даже учащиеся колледжей, не говоря уже о студентах. Активно идет популяризация научных знаний, а это означает, что привлекаются солидные денежные средства. Меня как ученого это не может не радовать.
Не знаю, можно ли назвать то, что сейчас происходит, началом новой “космической эры”, но несомненно одно — нас ждет все больше и больше интересных новостей. Причем многие из них будут касаться процессов, происходящих не так уж и далеко по космическим меркам — в самой Солнечной системе, где, поверьте мне, еще достаточно белых пятен.