Чи можливо зрозуміти Всесвіт, не розуміючи найбільших його структур? В принципі, це малоймовірно. У практичному сенсі? Однозначно неможливо. Надзвичайно великі об’єкти можуть спотворювати наше розуміння космосу.
Астрономи знайшли найбільшу структуру у Всесвіті на сьогодні, яку назвали Кіпу на честь інкської системи вимірювання. Вона містить вражаючі 200 квадрильйонів сонячних мас.
Астрономія — це сфера, де надзвичайно великі числа є частиною повсякденного обігу. Але навіть в астрономії 200 квадрильйонів — це настільки велика кількість, що її рідко зустрічають.
Якщо маса Кіпу не привертає увагу, то його розміри, безумовно, це роблять. Цей об’єкт, який називається суперструктурою, має довжину більше 400 мегапарсеків. Це понад 1,3 мільярда світлових років.
Такий великий об’єкт обов’язково впливає на свої околиці, і розуміння цих впливів є критичним для розуміння космосу. Згідно з новими дослідженнями, вивчення Кіпу та його аналогів може допомогти зрозуміти, як еволюціонують галактики, покращити наші космологічні моделі та підвищити точність космологічних вимірювань.
Дослідження під назвою «Розкриття найбільших структур у найближчому Всесвіті: Відкриття суперструктури Кіпу» було прийнято до публікації в журналі Astronomy and Astrophysics. Ганс Бьорінгер з Інституту Макса Планка є головним автором.
“Для точного визначення космологічних параметрів нам потрібно зрозуміти ефекти місцевих великих масштабів структури Всесвіту на вимірювання,” пишуть автори. “До них належать зміни в космічному мікрохвильовому фоні, спотворення зображень неба великим масштабом гравітаційного лінзування та вплив великих потоків на вимірювання постійної Хаббла.”
Суперструктури — це надзвичайно великі структури, що містять групи кластерів галактик і суперкластерів. Вони настільки масивні, що кидають виклик нашому розумінню того, як еволюціонував наш Всесвіт. Деякі з них настільки великі, що ламають наші моделі космологічної еволюції.
Кіпу — це найбільша знайдена нами структура у Всесвіті. Вона і ще чотири інші суперструктури, що знайшли дослідники, містять 45% кластерів галактик, 30% галактик, 25% матерії і займають об’єм 13%.
Зображення нижче допомагає зрозуміти, чому його назвали Кіпу. Кіпу — це записувальні пристрої, що складаються з вузлів на шнурах, де вузли містять інформацію на основі кольору, порядку та числа.
У своїй роботі Бьорінгер та його співробітники знайшли Кіпу та ще чотири суперструктури в діапазоні відстаней від 130 до 250 Мпк. Вони використали рентгенівські галактичні кластери для ідентифікації та аналізу суперструктур у своєму кластерному огляді CLASSIX.
Рентгенівські галактичні кластери можуть містити тисячі галактик та багато дуже гарячого газу міжкластера, який випромінює рентгенівське випромінювання. Це випромінювання є ключовим для картографування маси суперструктур. Рентгенівські промені слідкують за найбільш щільними регіонами концентрації матерії та основною космічною мережею.
Автори вказують, що «різниця в щільності галактик навколо польових кластерів і членів суперструктур є вражаючою». Це може бути через те, що польові кластери населені менш масивними кластерами, ніж ті, що в суперструктурах, а не тому, що польові кластери мають меншу щільність галактик.
Масивність цих суперструктур справляє величезний вплив на наші спроби спостерігати, вимірювати та розуміти космос. «Ці великі структури залишають свій відбиток на космологічних спостереженнях», пишуть автори.
Суперструктури залишають відбиток на космічному мікрохвильовому фоні (CMB), який є реліктовим випромінюванням Великого вибуху та є ключовим доказом його існування. Властивості CMB відповідають нашим теоретичним передбаченням з надзвичайною точністю.
Гравітація цих суперструктур змінює CMB, коли він проходить через них, згідно з ефектом Інтегрованого Сакса-Вольфа (ISW), виробляючи коливання в CMB. Ці коливання є артефактами переднього фону, які важко фільтрувати, і вони вводять завади в наше розуміння CMB, а отже, і Великого вибуху.
Суперструктури також можуть впливати на вимірювання постійної Хаббла, основного значення в космології, яке описує, як швидко розширюється Всесвіт. Хоча галактики віддаляються одна від одної через розширення, вони також мають місцеві швидкості, звані Peculiar velocities або потоками.
Ці потоки потрібно розділяти від розширення, щоб правильно зрозуміти саме розширення. Велика маса цих суперструктур впливає на ці потоки і спотворює наші вимірювання постійної Хаббла.
Автори також зазначають, що ці масивні структури можуть спотворювати і зображення нашого неба через гравітаційне лінзування великого масштабу, що може вносити помилки у наші вимірювання.
З іншого боку, моделювання Lambda CDM дає змогу створювати суперструктури, подібні до Кіпу та ще чотирьох інших. Lambda CDM — це наша стандартна модель космології Великого вибуху, яка пояснює більшість того, що ми бачимо у Всесвіті, включаючи його великий масштаб.
“Ми знаходимо суперструктури з подібними властивостями в симуляціях, основаних на моделях космології Lambda-CDM”, пишуть автори.
Очевидно, що ці суперструктури є критичними для розуміння Всесвіту. Вони утримують значну частину його матерії та впливають на своє оточення основними способами. Необхідно більше досліджень для їх повного розуміння та впливу.
“Цікаві дослідження, що слідують за нашими висновками, включають, наприклад, вивчення впливу цих середовищ на популяцію та еволюцію галактик”, пишуть автори в заключенні.
Згідно з дослідженням, ці суперструктури не залишатимуться назавжди. “У майбутньому космічна еволюція змусить ці суперструктури розпастися на кілька колапсуючих одиниць. Вони є тимчасовими конфігураціями”, пояснюють Бьорінгер та його співробітники.
“Але наразі вони є особливими фізичними утвореннями з характерними властивостями та особливими космічними середовищами, які заслуговують на особливу увагу.”
Читайте оригінальну статтю.
