Rymden är som en svamp; långa, lysande filament av tusentals och miljoner galaxer växlar med tomrum - svarta hål där det finns mycket färre stjärnkluster än genomsnittet. Det är riktigt, ingen ges för att se universum så här: oavsett var observatören är belägen, kommer spridningen av stjärnor och galaxer att tyckas vara den inre ytan av sfären, i vilken centrum betraktaren står.
Astronomer i forntida tider och fram till början av 1900-talet tycktes ha en plan himmel: de visste hur man bara bestämmer avståndet till de närmaste astronomiska föremålen - Solen, månen, planeterna i solsystemet och deras stora satelliter; allt annat var ouppnåeligt långt borta - så långt borta att det inte var någon mening att prata om vad som var närmare och vad som var nästa. Först i början av 1900-talet började djupa rymden få volym: nya sätt att mäta avstånd till avlägsna stjärnor dök upp - och vi fick veta att det förutom vår galax också finns otaliga stjärnkluster. Och i slutet av århundradet upptäckte mänskligheten att dess ursprungliga galax cirklar i ett av mellanrummen mellan glödtrådarna i den stjärna "svampen" - på en plats som är mycket tom även med kosmiska standarder.
Från plan till volym
Det mänskliga ögat kan skilja ett avlägset objekt från ett nära objekt endast om dessa objekt inte är för långt ifrån observatören. Ett träd som växer i närheten och ett berg i horisonten; en person som står i rad framför betraktaren - och hundra personer från honom. Binokularitet tillåter oss att förstå vad som är långt och vad som är nära (med ett öga kan detta också göras, men med mindre noggrannhet) och hjärnans förmåga att utvärdera parallax - förändringen i ett objekts synliga position relativt en avlägsen bakgrund.
När vi tittar på stjärnorna är alla dessa trick värdelösa. Med ett kraftfullt teleskop kan du uppskatta avståndet till stjärnorna närmast solen med hjälp av parallax, men det är här våra kapaciteter slutar. Det maximala som kan uppnås med denna metod uppnåddes 2007 med Hipparcos-satellitteleskopet, som mätte avståndet upp till en miljon stjärnor i närheten av solen. Men om parallax är ditt enda vapen, förblir allt bortom några hundra tusen parsecs punkter på sfärens inre yta. Snarare förblev det - fram till tjugotalet av förra seklet.
Milleniumsimuleringen beräknar 10 miljarder partiklar i en kub med en kant på cirka 2 miljarder ljusår. För sin första lansering 2005 användes preliminära data från WMAP-uppdraget, som studerade relikstrålningen från Big Bang. Efter 2009, när Planck Space Observatory klargjorde parametrarna för CMB, startades simuleringen upprepade gånger, varje gång det tog en månad för Max Planck Society's superdator att köra. Simuleringen visade bildandet av galaxer och deras fördelning - utseendet på galaxkluster och tomrum mellan dem.
Var i rymden "svamp" är mjölkvägen?
Milky Way Galaxy ligger 700 tusen parsec från den närmaste stora galaxen - Andromeda - och tillsammans med Triangulum-galaxen och femtio dvärgssatellitgalaxier utgör den lokala gruppen av galaxer. Den lokala gruppen, tillsammans med ett dussin andra grupper, är en del av Local Leaf - ett galaktiskt glödtråd, en del av Local Supercluster of Galaxies (supercluster), även känd som Virgo Supercluster; förutom våra finns det cirka tusen stora galaxer i den. Jungfrun, i sin tur, är en del av Laniakei supercluster, som redan innehåller cirka 100 tusen galaxer. Laniakeas närmaste grannar är Hair of Veronica supercluster, Perseus-Pisces supercluster, Hercules supercluster, Leo cluster och andra. Den närmaste biten av kosmisk tomrum till oss, den lokala entrén, är på andra sidan av Vintergatan, som inte vetter mot det lokala bladet. Från solen till mitten av Local Void är den cirka 23 Mpc, och dess diameter är cirka 60 Mpc, eller 195 miljoner ljusår. Och detta är en droppe i havet jämfört med den verkliga Great Void som möjligen omger oss.
2013 kom en grupp astronomer till slutsatsen att Vintergatan, och med den de närmaste galaxerna - de flesta av Laniakea - är belägna i mitten av ett riktigt gigantiskt tomrum som är cirka 1,5 miljarder ljusår långa. Forskare har jämfört mängden strålning som når jorden från närliggande galaxer och från avlägsna hörn av universum. Bilden såg ut som om mänskligheten bor i fjärran utkanten av en metropol: glödet över en stor stad belyser natthimlen mer än fönstret i hus i närheten. Det gigantiska området med relativ tomhet kallades KVS-tomrummet - efter de första (latinska) bokstäverna i namnen på författarna till studien, Ryan Keenan, Amy Barger och Lennox Cowie.
Void PIC är fortfarande föremål för debatt i astronomgemenskapen. Dess existens skulle lösa några grundläggande problem. Kom ihåg att ett tomrum inte är ett tomrum utan ett område där galaxernas densitet är 15-50% lägre än genomsnittet i universum. Om KBC-tomrummet existerar, skulle denna låga täthet förklara skillnaden mellan värdena på Hubble-konstanten (kännetecknande av hastigheten för universums expansion) erhållen med hjälp av Cepheids och genom den kosmiska mikrovågsbakgrundsstrålningen. Denna skillnad är ett av de svåraste problemen för modern astrofysik, eftersom i teorin Hubble-konstanten, som alla andra konstanter, inte borde förändras beroende på mätmetod. Om Mjölkvägen befinner sig i ett gigantiskt tomrum möter relikstrålningen på vägen till jorden mycket mindre materia än genomsnittet i rymden; korrigera för detta,du kan förena experimentella data och mäta universums expansionshastighet exakt.
Teorier om ursprunget till galaktiska superkluster och tomrum
Omedelbart efter upptäckten av superkluster av galaxer och tomrum undrade forskare om deras ursprung - och från början blev det klart att man inte kan göra utan universums osynliga massa. En svampig struktur kan inte vara en produkt av normal, baryonisk materie, som våra bekanta föremål och oss själva består av; enligt alla beräkningar kunde dess rörelse inte leda till den makrostruktur som observerades idag under den tid som har gått sedan Big Bang. Galaktiska superkluster och tomrum kunde endast genereras genom omfördelning av mörk materia, som började mycket tidigare än de första galaxer som bildades.
Men när den första teorin tycktes förklara förekomsten av trådar och tomrum, hade Big Bang ännu inte diskuterats. Den sovjetiska astrofysikern Yakov Zeldovich, som tillsammans med Jaan Einasto började studera makrostrukturen, gjorde sina första beräkningar inom ramen för begreppet mörk materia som en neutrino, känd som teorin om het mörk mörk materia. Störningar av mörk materia som inträffade i de tidiga stadierna av universums existens, enligt Zeldovich, orsakade uppkomsten av en cellulär struktur ("pannkakor"), som senare gravitationsmässigt lockade baryonmaterial och på drygt tretton miljarder år bildade den observerade strukturen av galaktiska superkluster, filament och väggar och tomrum mellan dem.
I mitten av 1980-talet övergavs teorin om varm mörk materia till förmån för teorin om kall mörk materia. Den skilde sig bland annat från neutrino-teorin med vågen där de primära inhomogeniteterna uppstod - mindre och därför verkar det inte förklara existensen av den kosmiska "svampen" med dess element hundratusentals parsecs långa. Under de kommande två decennierna har astrofysiker emellertid lyckats förena "pannkakamodellen" med matematiken bakom "kall" mörk materia.
Moderna datorsimuleringar visar perfekt hur fluktuationer i fördelningen av mörk materia i det unga universum gav upphov till galaktiska filament och tomrum. De mest berömda av dessa simuleringar, utförda inom ramen för The Millennium Simulation project 2005 på en superdator på Leibniz, visar bildandet av strukturer som är jämförbara i storlek med Laniakei supercluster - den där vår galax roterar.
Anastasia Shartogasheva
