Przestrzeń jest jak gąbka; długie, lśniące włókna tysięcy i milionów galaktyk przeplatają się z pustkami - czarnymi dziurami, w których jest znacznie mniej gromad gwiazdowych niż przeciętnie. To prawda, że nikt nie może oglądać Wszechświata w ten sposób: bez względu na to, gdzie znajduje się obserwator, rozpraszanie gwiazd i galaktyk będzie wydawało się wewnętrzną powierzchnią kuli, w środku której stoi obserwator.
Astronomowie w starożytności i do początku XX wieku wydawali się mieć płaskie niebo: wiedzieli, jak określić odległość tylko do najbliższych obiektów astronomicznych - Słońca, Księżyca, planet Układu Słonecznego i ich dużych satelitów; wszystko inne było nieosiągalne daleko - tak daleko, że nie było sensu mówić o tym, co było bliżej, a co dalej. Dopiero na początku XX wieku przestrzeń kosmiczna zaczęła nabierać objętości: pojawiły się nowe sposoby mierzenia odległości do odległych gwiazd - i dowiedzieliśmy się, że oprócz naszej galaktyki istnieją również niezliczone gromady gwiazd. Pod koniec stulecia ludzkość odkryła, że jej rodzima galaktyka krąży w jednej z luk między włóknami gwiezdnej „gąbki” - w miejscu, które jest bardzo puste nawet jak na kosmiczne standardy.
Od samolotu do objętości
Oko ludzkie może odróżnić odległy obiekt od bliskiego tylko wtedy, gdy obiekty te nie są zbyt daleko od obserwatora. Drzewo rosnące w pobliżu i góra na horyzoncie; osoba stojąca w kolejce przed patrzącym - i sto osób od niego. Lornetka pozwala nam zrozumieć, co jest daleko, a co blisko (jednym okiem można to zrobić, ale z mniejszą dokładnością) oraz zdolność mózgu do oceny paralaksy - zmiany pozornej pozycji obiektu względem odległego tła.
Kiedy patrzymy na gwiazdy, wszystkie te sztuczki są bezużyteczne. Dzięki potężnemu teleskopowi możesz oszacować odległość do gwiazd znajdujących się najbliżej Słońca za pomocą paralaksy, ale na tym kończą się nasze możliwości. Maksymalne osiągalne tą metodą zostało osiągnięte w 2007 roku przez teleskop satelitarny Hipparcos, który zmierzył odległość do miliona gwiazd w pobliżu Słońca. Ale jeśli paralaksa jest twoją jedyną bronią, to wszystko, co przekracza kilkaset tysięcy parseków, pozostaje punktami na wewnętrznej powierzchni kuli. Raczej pozostało - do lat dwudziestych ubiegłego wieku.
Symulacja Millenium oblicza 10 miliardów cząstek w sześcianie o krawędzi około 2 miliardów lat świetlnych. Do jego pierwszego wystrzelenia w 2005 r. Wykorzystano wstępne dane z misji WMAP, która badała reliktowe promieniowanie Wielkiego Wybuchu. Po roku 2009, kiedy Planck Space Observatory wyjaśniło parametry CMB, symulację wielokrotnie wznawiano, za każdym razem, gdy uruchomienie superkomputera Towarzystwa Maxa Plancka trwało miesiąc. Symulacja pokazała formowanie się galaktyk i ich rozkład - pojawienie się gromad galaktyk i pustek między nimi.
Gdzie w przestrzeni „gąbka” jest Droga Mleczna?
Droga Mleczna znajduje się 700 tysięcy parseków od najbliższej dużej galaktyki - Andromedy - i razem z galaktyką Triangulum i pięćdziesięcioma galaktykami karłowatymi tworzy Lokalną Grupę Galaktyk. Grupa Lokalna wraz z tuzinem innych grup jest częścią Lokalnego Liścia - włókna galaktycznego, części Lokalnej Supergromady Galaktyk (supergromady), znanej również jako Supergromada w Pannie; oprócz naszej jest w nim około tysiąca dużych galaktyk. Panna z kolei jest częścią supergromady Laniakei, która zawiera już około 100 tysięcy galaktyk. Najbliższymi sąsiadami Laniakei są Supergromada Włosów Weroniki, supergromada w Perseuszu-Rybach, supergromada w Herkulesie, gromada Lwa i inne. Najbliższy nam kawałek kosmicznej pustki, Lokalne Wejście, znajduje się po drugiej stronie Drogi Mlecznej, która nie jest zwrócona w stronę Lokalnego Liścia. Odległość od Słońca do centrum Lokalnej Pustki wynosi około 23 Mpc, a jego średnica wynosi około 60 Mpc, czyli 195 milionów lat świetlnych. I to jest kropla w oceanie w porównaniu do naprawdę Wielkiej Pustki, która prawdopodobnie nas otacza.
W 2013 roku grupa astronomów doszła do wniosku, że Droga Mleczna, a wraz z nią najbliższe galaktyki - większość Laniakei - znajdują się w środku naprawdę gigantycznej pustki o długości około 1,5 miliarda lat świetlnych. Naukowcy porównali ilość promieniowania docierającego do Ziemi z pobliskich galaktyk i z odległych zakątków Wszechświata. Obraz wyglądał tak, jakby ludzkość mieszkała na dalekich obrzeżach metropolii: blask wielkiego miasta oświetla nocne niebo bardziej niż światło okien w pobliskich domach. Gigantyczny obszar względnej pustki nazwano pustką KVS - od pierwszych (łacińskich) liter nazwisk autorów badania, Ryana Keenana, Amy Barger i Lennox Cowie.
Void PIC jest nadal przedmiotem debaty w społeczności astronomów. Jej istnienie rozwiązałoby pewne fundamentalne problemy. Przypomnij sobie, że pustka nie jest pustką, ale regionem, w którym gęstość galaktyk jest o 15-50% niższa niż średnia we Wszechświecie. Jeśli pustka KBC istnieje, to ta mała gęstość tłumaczyłaby rozbieżność między wartościami stałej Hubble'a (charakteryzującymi szybkość rozszerzania się Wszechświata) uzyskanymi za pomocą cefeid i przez kosmiczne mikrofalowe promieniowanie tła. Ta rozbieżność jest jednym z najtrudniejszych problemów współczesnej astrofizyki, ponieważ w teorii stała Hubble'a, jak każda inna stała, nie powinna zmieniać się w zależności od metody pomiaru. Jeśli Droga Mleczna znajduje się w gigantycznej pustce, wówczas reliktowe promieniowanie na drodze do Ziemi napotyka znacznie mniej materii niż średnia w kosmosie; poprawianie tego,możesz pogodzić dane eksperymentalne i dokładnie zmierzyć tempo rozszerzania się wszechświata.
Teorie pochodzenia galaktycznych supergromad i pustek
Zaraz po odkryciu supergromad galaktyk i pustek naukowcy zastanawiali się nad ich pochodzeniem - i od samego początku stało się jasne, że nie można obejść się bez niewidzialnej masy Wszechświata. Struktura gąbczasta nie może być wytworem normalnej materii barionowej, z której składają się nasze znane nam obiekty i my; według wszystkich obliczeń jej ruch nie mógł doprowadzić do makrostruktury obserwowanej dzisiaj w czasie, który minął od Wielkiego Wybuchu. Galaktyczne supergromady i puste przestrzenie mogły być generowane tylko przez redystrybucję ciemnej materii, która rozpoczęła się znacznie wcześniej niż powstały pierwsze galaktyki.
Kiedy jednak pojawiła się pierwsza teoria wyjaśniająca istnienie nici i pustek, Wielki Wybuch nie był jeszcze omawiany. Radziecki astrofizyk Jakow Zeldowicz, który wraz z Jaanem Einasto rozpoczął badanie makrostruktury, dokonał pierwszych obliczeń w ramach koncepcji ciemnej materii jako neutrina, znanej jako teoria gorącej ciemnej materii. Według Zeldovicha perturbacje ciemnej materii, które wystąpiły we wczesnych stadiach istnienia Wszechświata, spowodowały pojawienie się struktury komórkowej („naleśników”), która później grawitacyjnie przyciągała materię barionową i po nieco ponad trzynastu miliardach lat utworzyła obserwowaną strukturę galaktycznych supergromad, włókien i ścian oraz pustek między nimi.
W połowie lat 80. teoria gorącej ciemnej materii została porzucona na rzecz teorii zimnej ciemnej materii. Od teorii neutrin odróżniała ją między innymi skala, w której powstawały pierwotne niejednorodności - mniejsze i dlatego, jak się wydaje, nie wyjaśniają istnienia kosmicznej „gąbki” z jej elementami o długości setek tysięcy parseków. Jednak w ciągu następnych dwóch dekad astrofizykom udało się pogodzić model „naleśnika” z matematyką stojącą za „zimną” ciemną materią.
Nowoczesne symulacje komputerowe doskonale pokazują, jak fluktuacje w rozmieszczeniu ciemnej materii w młodym wszechświecie doprowadziły do powstania włókien i pustek galaktycznych. Najsłynniejsza z tych symulacji, wykonana w ramach projektu The Millennium Simulation w 2005 roku na superkomputerze Leibniz, pokazuje powstawanie struktur porównywalnych wielkością z supergromadą w Laniakei - tą, w której obraca się nasza galaktyka.
Anastasia Shartogasheva