Накъде отива нашата Галактика?
Гравитацията може не само да привлича, но и да отблъсква - как ви харесва това твърдение? И не в някаква нова математическа теория, а в действителност – Големият Репелер, както го нарекоха група учени, е отговорен за половината от скоростта, с която нашата Галактика се движи в космоса. Звучи странно и фантастично, нали? Нека да го разберем.
Първо, нека се огледаме и опознаем нашите съседи във Вселената. През последните няколко десетилетия научихме много и думата "космография" днес не е термин от фантастичните романи на Стругацки, а един от разделите на съвременната астрофизика, участващи в картографирането на частта от Вселената, достъпна за нас. Най-близкият съсед на нашия Млечен път е галактиката Андромеда, която може да се види на нощното небе и с просто око. Но да се разберат още няколко десетки спътници няма да работи - галактиките джуджета, които се въртят около нас и Андромеда, са много тъмни и астрофизиците все още не са сигурни, че са ги намерили всички. Въпреки това, всички тези галактики (включително неоткритите), както и галактиката Триъгълник и галактиката NGC 300, са членове на Местната група от галактики. Сега има 54 известни галактики в Местната група, повечето от които са вече споменатите мътни галактики джуджета, а размерът им надхвърля 10 милиона светлинни години. Местната група, заедно с още около 100 клъстера от галактики, е част от суперклъстера Дева с размери над 110 милиона светлинни години.
През 2014 г. група астрофизици, ръководени от Брент Тъли от Хавайския университет, установиха, че самият суперкуп, състоящ се от 30 000 галактики, е неразделна част от още по-голяма структура - суперкупътLaniakea, която вече съдържа повече от 100 хиляди галактики. Остава да се направи последната стъпка - Laniakea, заедно със суперклъстера Персей-Риби, е част от комплекса от суперклъстери Риби-Кит, който също е галактическа нишка, тоест неразделна част от мащабната структура на Вселената.
Наблюденията и компютърните симулации потвърждават, че галактиките и клъстерите не са хаотично разпръснати във Вселената, а представляват сложна подобна на гъба структура, където има нишки, нишки, възли и празнини, известни също като празнини. Вселената, както показа Едуин Хъбъл преди почти сто години, се разширява и свръхкуповете са най-големите образувания, които не могат да се разпръснат от гравитацията. Тоест, за опростяване, нишките се разпръскват една от друга поради влиянието на тъмната енергия и движението на обектите вътре в тях до голяма степен се дължи на силите на гравитационното привличане.
Триизмерна проекция на част от локалната вселена. Отляво сините линии показват полето на скоростта на всички известни галактики от най-близките суперкупове - те очевидно се движат към атрактора на Шепли. Вдясно полето на анти-скоростите е показано в червено (реципрочни стойности на полето на скоростта). Те се събират в точка, от която са „изтласкани“ от липсата на гравитация в този регион на Вселената
И така, къде отива всичко това? За да отговорим, се нуждаем от точна скоростна карта за всички масивни тела в близката част на Вселената. За съжаление, данните от Cosmicflows-2 не са достатъчни за изграждането му - въпреки факта, че това е най-доброто, с което човечеството разполага, те са непълни, разнородни по качество и имат големи грешки. Професор Хофман приложи оценката на Винер към известните данни - статистическа техника, дошла от радиоелектрониката, за да отдели полезния сигнал от шума. Тази оценка ви позволява да влезетеосновният модел на поведение на системата (в нашия случай това е Стандартният космологичен модел), който ще определи общото поведение на всички елементи при липса на допълнителни сигнали. Тоест, движението на определена галактика ще се определя от общите разпоредби на Стандартния модел, ако няма достатъчно данни за него, и от данни от измервания, ако има такива.
Резултатите потвърдиха това, което вече знаехме - цялата Местна група галактики лети в космоса към Големия атрактор, гравитационна аномалия в центъра на Ланиакея. А самият Голям атрактор, въпреки името, не е толкова голям - той се привлича от много по-масивния суперкуп на Шапли, към който се движим със скорост от 660 километра в секунда. Проблемите започнаха, когато астрофизиците решиха да сравнят измерената скорост на Местната група с изчислената, която е получена от масата на суперкупа на Шепли. Оказа се, че въпреки колосалната маса (10 хиляди маси на нашата Галактика), тя не може да ни ускори до такава скорост. Освен това, чрез изграждане на карта на анти-скоростите (карта на вектори, които са насочени в посока, обратна на векторите на скоростта), учените са открили област, която сякаш ни отблъсква от себе си. Нещо повече, той се намира точно от противоположната страна на суперкупа Shapley. И се отблъсква с абсолютно същата скорост, за да даде необходимите 660 километра в секунда общо.
Цялата привлекателно-отблъскваща структура прилича на електрически дипол по форма, в който силовите линии преминават от един заряд към друг.
Класически електрически дипол от учебник по физика
Но това противоречи на цялата физика, която познаваме - не може да има антигравитация! Какво е това чудо? За да отговорим, нека си представим, че сте заобиколени и въвлечени в различнипетима приятели отстрани - ако го направят със същата сила, тогава ще останете на място, сякаш никой не ви дърпа. Ако обаче някой от тях, стоящ отдясно, ви пусне, тогава ще се придвижите наляво - в обратна посока от него. По същия начин ще се придвижите наляво, ако към петте дърпащи се приятели се присъедини шести приятел, който ще застане отдясно и ще започне да бута, вместо да ви дърпа.
СВЪРЗАНИ С ТОВА, КОЕТО СЕ ДВИЖИМ В ПРОСТРАНСТВОТО
Отделно трябва да разберете как се определя скоростта в космоса. Има няколко различни начина, но един от най-точните и често приложими е използването на ефекта на Доплер, тоест измерването на изместването на спектралните линии. Една от най-известните водородни линии, Balmer alpha, се вижда в лабораторията като ярка червена светлина при 656,28 нанометра. А в галактиката Андромеда нейната дължина вече е 655,23 нанометра - по-къса дължина на вълната означава, че галактиката се движи към нас. Галактиката Андромеда е изключение. Повечето други галактики отлитат от нас - и водородните линии в тях ще бъдат уловени на по-дълги дължини на вълните: 658, 670, 785 нанометра - колкото по-далеч от нас, толкова по-бързо летят галактиките и толкова по-голямо е изместването на спектралните линии към областта на по-дългите вълни (това се нарича червено отместване). Този метод обаче има сериозно ограничение - може да измерва скоростта ни спрямо друга галактика (или скоростта на галактика спрямо нас), но как да измерим къде летим със същата тази галактика (и летим ли някъде)? Това е като да караш кола със счупен скоростомер и без карта - едни коли ни изпреварват, едни ни изпреварват, но къде отиват всички и каква е скоростта ни спрямо пътя? В пространството няма такъв път, тоест абсолютна координатна система. В космоса няма абсолютно нищонеподвижен, към който могат да бъдат обвързани измервания.
НИЩО ОСВЕН СВЕТЛИНА
Точно така - светлината, или по-скоро топлинното излъчване, което се появи веднага след Големия взрив и равномерно (това е важно) се разпространи из цялата Вселена. Наричаме го реликтово лъчение. Поради разширяването на Вселената, температурата на CMB непрекъснато намалява и сега живеем в такова време, че тя е равна на 2,73 келвина. Хомогенността - или, както казват физиците, изотропността - на космическия микровълнов фон означава, че независимо къде насочвате телескопа в небето, температурата на космоса трябва да бъде 2,73 келвина. Но това е, ако не се движим спрямо реликтовото излъчване. Въпреки това, измерванията, направени от телескопите Planck и COBE, наред с други неща, показаха, че температурата на половината от небето е малко по-ниска от тази стойност, а втората половина е малко повече. Това не са грешки в измерването, а влиянието на същия ефект на Доплер - ние се изместваме спрямо фоновата радиация и затова частта от фоновата радиация, към която летим със скорост от 660 километра в секунда, ни се струва малко по-топла.
CMB карта, направена от космическата обсерватория COBE. Диполното разпределение на температурата доказва нашето движение в пространството - отдалечаваме се от по-студен регион (сини цветове) към по-топъл регион (жълти и червени цветове в тази проекция)
Във Вселената ролята на привличане на приятели се играе от галактики и клъстери от галактики. Ако бяха равномерно разпределени във Вселената, тогава нямаше да мръднем никъде - те щяха да ни дърпат с еднаква сила в различни посоки. Сега си представете, че от едната ни страна няма галактики. Тъй като всички други галактики останаха на мястото си, ние ще се отдалечим от тази празнота, сякаш сме ние.отблъсква. Точно това се случва с региона, който учените нарекоха Големия репелер или Големия репелер - няколко кубични мегапарсека пространство са необичайно рядко населени от галактики и не могат да компенсират гравитационното привличане, което всички тези клъстери и суперклъстери оказват върху нас от другите страни. Колко точно това пространство е бедно на галактики, предстои да видим. Факт е, че Големият репелер е много жалко разположен - той е в зоната на избягване (да, има много красиви неразбираеми имена в астрофизиката), тоест регион на космоса, затворен от нас от нашата собствена галактика, Млечния път.
Огромен брой звезди и мъглявини, и особено газ и прах, пречат на необичайната светлина от далечни галактики, разположени от другата страна на галактическия диск, да достигне до нас. Само последните наблюдения с рентгенови и радиотелескопи, които могат да открият радиация, свободно преминаваща през газ и прах, направиха възможно съставянето на повече или по-малко пълен списък на галактиките в зоната на избягване. Наистина имаше много малко галактики в региона на Големия Репелер, така че изглежда, че е кандидат за титлата празнота - гигантска празна област от космическата структура на Вселената.
В заключение трябва да се каже, че колкото и да е висока скоростта на полета ни в космоса, ние няма да можем да достигнем нито Атрактора на Шепли, нито Големия Атрактор. Според учените това ще отнеме време хиляди пъти по-дълго от възрастта на Вселената. Така че, колкото и точна да стане науката космография, нейните карти няма да са полезни на любителите на пътешествията още дълго време.