Ланиакея: «государство» квадриллионов звезд

Мой адрес не дом и не улица

Если бы вам пришлось объяснять инопланетянину из другого сверхскопления, где находится наша Солнечная система, описание звучало бы так, будто вы рассказываете, где искать смерть Кощея: «В космическом “море” есть огромный “остров” – ​сверхскопление Ланиакея, на его краю расположена Местная группа галактик, и в ней находится Млечный Путь, в котором следует присмотреться к галактическому рукаву Ориона. В нем-то и “прячется” Солнце в компании своих планет». Учитывая то, что Ланиакея простирается более чем на 500 млн световых лет (один световой год равен примерно 9,5 трлн км), инопланетному путешественнику было бы очень легко заблудиться без подробной карты. Ученые давно пытаются ее составить, но на ней остаются белые пятна, которые особенно часто встречаются в «зоне избегания» – ​части неба, которую закрывает Млечный Путь.

Даже границы Ланиакеи определили совсем недавно – ​в 2014 году, когда международная группа ученых во главе с астрономом Брентом Талли (Brent Tully) из Института астрономии Гавайского университета выяснила, что наше «государство» намного больше, чем предполагалось. Именно тогда оно получило свое имя, которое в переводе с гавайского означает «необъятные небеса». Сейчас известно, что Ланиакея включает около 100 тыс. больших галактик, подобных нашей, и миллион меньших. В ее «мегаполисах» сверкает порядка десяти квадриллионов звезд (один квадриллион равен миллиону миллиардов), а Млечный Путь – ​самая яркая в ней галактика. Возможно, что представление о масштабах Ланиакеи еще изменится, и она окажется даже больше, в очередной раз оправдав свое имя. Как отметил Брент Талли в переписке с «ММ», он и его коллеги все еще не уверены в границах нашего сверхскопления на его самых дальних рубежах, ведь изучение «географии» Вселенной – ​процесс трудоемкий и долгий. Группа Талли на протяжении многих лет составляла карты галактических потоков на основе постоянно расширяющейся базы Cosmicflows. Сначала в выборке исследователей было 1800 галактик, затем 8 тыс., а ее третья итерация включала данные уже о почти 18 тыс. галактик, охватывающих 600 млн световых лет.

Брент Талли. Фото: Astrofísica UC, youtube.com

Невидимые силы и Великий аттрактор

Местная группа, в которую входит наша галактика, не спокойно «дрейфует» в космическом море, а со скоростью 600 км/сек «мчится» к области, название которой внушает легкий трепет, – ​Великий аттрактор. Он расположен на расстоянии 160 млн световых лет от нас. От взоров ученых его закрывают пыль, газ и звезды Млечного Пути, но астрономы все-таки поняли, в чем причина «интереса» скоплений Ланиакеи к Великому аттрактору, – ​это силы, которые приводят галактики в движение.

Уже почти столетие ученым известно, что наша Вселенная расширяется, и невидимая сила – ​темная энергия – ​постоянно провоцирует галактики и их обитателей на то, чтобы они отдалялись от своих соседей с ускорением. Чтобы лучше представить себе процесс расширения Вселенной, можно провести кулинарный эксперимент с космологическим подтекстом – ​испечь булочку с изюмом. По мере того как тесто (Вселенная) поднимается, изюминки (галактики) отдаляются друг от друга со скоростью, которая увеличивается пропорционально их первоначальному расстоянию друг от друга.

Панорама небосвода в коротковолновых ИК-лучах — положение Великого аттрактора обозначено длинной голубой стрелкой в правом нижнем углу. Инфографика: IPAC/Caltech, Thomas Jarrett, wikipedia.org

Однако большинство галактик разлетаются в стороны не так быстро, как могли бы, если бы на них действовало только расширение Вселенной. Оказалось, что их «поведение» вызывает другая сила – ​та же, что «бросила» яблоко в голову Ньютона. Именно гравитация заставляет космические «изюминки» перемещаться к определенным областям вопреки расширению Вселенной.

Получается, что расположенные поблизости друг от друга области с высокой плотностью материи способны противостоять «разбеганию» галактик в результате расширения Вселенной. Но если «взвесить» всю видимую материю, включая звезды, планеты, газ и всех нас, то ее гравитационное влияние будет недостаточным, чтобы конкурировать с расширением Вселенной. То, чего не хватает для большей гравитационной «убедительности», астрономы называют темной материей. Предполагается, что она состоит из частиц, которые взаимодействуют со Вселенной через гравитацию. Возможно, галактики находятся в глубоких резервуарах темной материи.

Трехмерная карта крупномасштабного распределения темной материи, восстановленная с помощью космического телескопа «Хаббл». Фото: NASA/ESA/Richard Massey (California Institute of Technology), wikipedia.org

Помимо Великого аттрактора, значительной «притягательностью» обладает и так называемое Сверхскопление Шепли, расположенное на расстоянии около 650 млн световых лет от нас, – к нему «спешит» вся Ланиакея. В частности, Млечный Путь мчится в его сторону со скоростью 660 км/сек.

Рождение и смерть Вселенной

В перспективе Ланиакея может раскрыть многие секреты темной материи и темной энергии, а значит и прошлого и будущего Вселенной. Как рассказал «ММ» Брент Талли: «Предположительно Ланиакея имеет типичную для сверхскоплений структуру, и, изучая достаточно подробно, как сформировалось наше сверхскопление, мы придем к лучшему пониманию того, как возникла Вселенная в целом».

Предполагается, что расширяющуюся Вселенную ждет печальный холодный конец. Большинство галактик будут разлетаться с ускорением, их огни погаснут, когда каждая звезда умрет, а материя остынет до абсолютного нуля. Но возможны и другие сценарии. Чтобы точно знать, какой будет последняя глава в истории Вселенной, важно понять, что представляет собой темная энергия и сколько вещества есть в космических «запасах». Первооткрыватели Ланиакеи продолжают исследовать сверхскопление и окружающие его структуры: «Мы завершили очень обширное исследование орбит, по которым галактики следовали на протяжении жизни Вселенной, чтобы добраться до своего нынешнего местоположения в Ланиакее и рядом с ней», – ​резюмирует Брент Талли. Результаты нового исследования ученые представили в статье, которая сейчас находится на рассмотрении для публикации в научном журнале.

spacephys.ru

Белых пятен на карте Вселенной становится все меньше – ​с каждым новым исследованием она раскрывает все больше своих тайн. Возможно, скоро мы узнаем, что наше космическое «государство» Ланиакея вовсе не островное, а часть поистине огромного «материка», имя которого мы с радостью внесем в наш длинный адрес.

***

Сергей Сазонов, заведующий лабораторией экспериментальной астрофизики Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук, профессор РАН

– Как определение границ Ланиакеи в 2014 году изменило представления ученых о Вселенной?

– Брент Талли и его коллеги объединили два типа информации (лучевые скорости галактик и прямые оценки расстояний) и смогли впервые построить распределение пекулярных (связанных с гравитационным притяжением. – ​ Ред.) скоростей значительного количества галактик в достаточно большом объеме Вселенной вокруг нас. Имея эту карту скоростей, они смогли понять, как распределена скрытая масса – ​темная материя – ​в этом объеме. Кроме того, они предложили строгий критерий (по скоростям) для определения границ нашего сверхскопления. В результате то, что раньше считалось Местным сверхскоплением, оказалось лишь частью значительно бо́льшего по размеру сверхскопления. Открытие Ланиакеи существенно дополнило понимание нашего места во Вселенной.

Сергей Сазонов. Фото: Виктория Колесниченко

– Как ученым удается картографировать наше родное сверхскопление и структуры за его пределами? В чем трудности исследования Ланиакеи?

– Для этого важны оптические спектроскопические обзоры всего неба (или значительной его части), такие как обзор SDSS (исследование многоспектральных изображений и спектров звезд и галактик 2,5-метровым широкоугольным телескопом в обсерватории Апачи-Пойнт, США. – ​Ред.). По спектрам можно измерять скорости, с которыми галактики движутся к нам или от нас вдоль луча зрения. Для далеких галактик такие измерения красных смещений (удаление их друг от друга. – ​Ред.) дают надежную оценку расстояния до объекта – ​оно пропорционально красному смещению. Однако для близких все сложнее, так как для них скорость убегания, связанная с общим расширением Вселенной, может быть сравнимой или даже меньше пекулярной скорости, связанной с гравитационным притяжением материи в близкой к нам Вселенной. Поэтому гораздо лучше было бы иметь прямые, не по красному смещению, оценки расстояний близких галактик. База данных точных расстояний постоянно увеличивается (сейчас включает уже десятки тысяч объектов), но становится все более неполной по мере увеличения радиуса, в пределах которого ведется исследование.