Великомасштабна структура Всесвіту

Основними одиницями великомасштабної структури Всесвіту є галактики, в яких зібрано переважна більшість зірок. Галактики, як правило, також не зустрічаються поодинці, вони входять до складу різного роду систем. Найменшими серед них є групи галактик: системи розміру порядку декількох десятків мільйонів світлових років, до складу яких входять кілька десятків галактик, з яких тільки одна-дві великі. Прикладом є Місцева група галактик, куди входять дві гігантські спіралі наша Галактика (Чумацький Шлях) і Туманність Андромеди (М31), а також близько 30 карликових галактик, в основному супутників нашої Галактики і М31.

Значно більше за розміром скупчення галактик, де в області розмірами близько 50 млн. Світлових років розташовується аж до декількох тисяч галактик; саме скупчення галактик є найбільшими гравітаційно-пов’язаними системами у Всесвіті. Прикладами скупчень є Virgo – найближче до нас скупчення, видиме в напрямку сузір’я Діви, і Coma – гігантське скупчення галактик в сузір’ї Волосся Вероніки (рис. 6.1.1).

Рис. 6.1.1. Центральна частина скупчення галактик в сузір’ї Волосся Вероніки (Coma). Посилання на джерело.

Нарешті, існують і надскупчення галактик. Ці системи за формою нагадують стрічки або ланцюжка довжиною в кілька сотень мільйонів світлових років, до складу яких входять десятки скупчень галактик і сотні груп; ці ланцюжки зосереджені в основному усередині плоских шарів, між якими знаходиться простір, практично вільний від галактик. Таким чином, в дуже великих масштабах Всесвіт має комірчасту структуру, що нагадує “ніздрювату” структуру хліба. Ці осередки виявляються в проекції розподілу галактик на небесну сферу, але особливо наочно вони помітні при побудові карт, що показують розподіл галактик у просторі (рис. 6.1.2). Зауважимо, що, на відміну від груп і скупчень галактик, сверхскопленія не є гравітаційно-пов’язаними системами, вони беруть участь в космологічної розширенні.

Рис. 6.1.2. Розподіл галактик у просторі на основі даних огляду червоних зсувів галактик The Las Campanas Redshift Survey. В якості радіальної координати тут прийнята променева швидкість галактики, за законом Хаббла пропорційна її відстані від нас. На цьому малюнку у вигляді точок представлені 12434 галактики.

Прикладом сверхскопленія є Місцеве надскупчення галактик, до складу якого входить Місцева група галактик, скупчення Virgo і величезна кількість інших систем. Цікаво, що про існування цієї гігантської системи здогадувався ще великий англійський астроном XIX століття Вільям Гершель, який встановив, що більшість яскравих галактик концентруються на небі до великого кола. Це якраз і говорить про те, що наша Галактика знаходиться усередині величезного плоского сверхскопленія, спостережуваного нами в проекції на небесну сферу у вигляді своєрідного “молочного шляху галактик”. Як показав американський астроном Брент Таллі, Місцеве надскупчення складається з декількох величезних витягнутих хмар галактик.

Між надскупченнями розташовуються величезні порожнини із зниженою концентрацією галактик. Існує ієрархія цих порожнин: маленькі порожнини, облямовані слабкими, карликовими галактиками, вкладені в порожнині побільше, ті – в порожнині ще більшого розміру. Найбільші відомі порожнини мають розмір порядка 500 млн. Світлових років.

Є межа у цих сходів структур? У минулому багато вчених припускали, що Всесвіт влаштована подібно матрьошці: кожна матеріальна система входить до складу системи більш високого рівня. Якби це було так, це означало б порушення космологічного принципу, оскільки якою б обсяг простору ми б не розглядали, завжди існувало б виділений напрям – напрям до центра найближчій системи більш високого рівня. Однак ця точка зору, по всій видимості, спростовується спостережливими даними. Найголовнішим з них є изотропия реліктового випромінювання. Зауважимо, що фонове випромінювання в рентгенівському діапазоні, що випускається віддаленими об’єктами типу квазарів, гарячого міжгалактичного газу і т.д., також показує високу ступінь изотропии. І хоча близькі галактики концентруються до площини Місцевого надскупчення (а ще більш близькі – до скупчення Virgo), розподіл Делек галактик показує дуже високу ступінь изотропии (рис. 6.1.3).

Рис. 6.1.3. Розподіл по небу далеких радиогалактик, що показує, що у великих масштабах Всесвіт є ізотропної. “Порожні” смуги – області, в яких не проводилися підрахунки. Зі статті Wu et.al., 1998.

Цей висновок підтверджується і найбільшим на сьогоднішній день оглядом червоних зсувів галактик – The 2dF Galaxy Redshift Survey. Вивчення цього огляду показало, що надскупчення галактик – найбільші структури в осяжній частині Всесвіту, що повністю відповідає космологическому принципом. Додамо, що дані цього огляду були отримані зовсім недавно – влітку 2000 року.

Нарешті, безпосередні підрахунки галактик вказують на те, що чим більше характерний розмір системи галактик (групи, скупчення, надскупчення), тим слабкіше ця система виділена з навколишнього фону. Наприклад, системи з розміром більше 100 Мпк мають щільність, лише на кілька відсотків перевищує середню щільність Всесвіту. Це якраз і говорить про те, що зі збільшенням масштабу Всесвіт прагне до однорідності і изотропии, в повній відповідності з космологічним принципом. Зазвичай вважається, що перехід від структурованості до однорідності і изотропии відбувається на масштабах близько півмільярда світлових років. Як вже було сказано вище, якщо ми візьмемо куб з ребром такого розміру, то число зірок і галактик всередині нього виявиться приблизно однаковим, в яку б частину Всесвіту ми цей куб не поміститься. У видимій частині Всесвіту може поміститися кілька тисяч таких кубів.

Посилання на основну публікацію