В течение этой непростой зимы мои публикации мало комментировали, пусть и неплохо читали. Закончить её я хочу одной небанальной темой, за которую сам едва бы взялся, но обозначу её как «Вынесено из комментариев». Ознакомившись со статьёй «Как устроены самые массивные и самые обширные звёзды», уважаемый @saag в своём комментарии предложил мне рассказать о том, что такое войд Волопаса. Давайте об этом поговорим.
Большое видится на расстоянии. Например, в 1924 году Эдвин Хаббл осознал, что «внегалактические туманности», в изобилии наблюдаемые в телескоп — это на самом деле не туманности, а галактики, такие же звёздные острова, как и Млечный Путь. Вселенная вмиг расширилась на порядки, и постепенно на небе были картированы миллионы галактик, большинство из которых (за исключением Андромеды) уносится от нас во все стороны в соответствии с законом Хаббла. Впоследствии была открыта Местная Группа галактик, в которую кроме Млечного Пути и Андромеды входит несколько галактик помельче. Входящие в неё галактики, наоборот, постепенно располагаются всё компактнее и, вероятно, постепенно сливаются друг с другом. Я разбирал на Хабре эту тему в статье «За три миллиарда лет до зарождения Милкомеды».
Лишь немногие открытия настолько расширили наши горизонты, что могут быть сопоставимы с хаббловским, и в их ряду, безусловно, стоит открытие галактических нитей и космических пустот. Их независимо открыли в 1978 году Стивен Грегори и Лэйрд Томпсон в США и Яан Эльмарович Эйнасто совместно с М. Йыэвээром и Э. Таго в СССР. Впоследствии космические пустоты стали называть «войдами». В самых крупных масштабах (в том числе, на уровне детализированного реликтового микроволнового фона, к чему мы ещё вернёмся) Вселенная выглядит как сеть. Появился даже термин «cosmic web». Эта сеть состоит из образуемых галактиками нитей, которые объединяют в относительно плоские стены галактик, а между этими «стенами» находятся обширные почти пустые войды. Вот так приблизительно выглядит карта наблюдаемой части Вселенной:
Войды простираются на десятки миллионов парсек (мегапарсек) и содержат считанные яркие галактики. Для сравнения: Местное Сверхскопление, где обитаем мы, содержит примерно 30 000 галактик и входит в состав ещё более крупной структуры Ланиакея, в которой более 100 000 галактик. Соответственно, плотность войдов очень низка по сравнению с плотностью галактических нитей и стен.
Тем не менее, войды играют ключевую роль в формировании Вселенной, поскольку именно они в первую очередь увеличиваются по мере расширений. Войды расталкивают материю на собственную периферию, где и выстраиваются галактические стены. Также, по-видимому, механическая энергия их роста подпитывает галактические скопления. Динамика войдов описывается так называемой «космологией микроволнового фона» (background cosmology). Также именно в войдах отпечаталась структура плотностных флуктуаций реликтового излучения — след чрезвычайно важных исходных условий во Вселенной, определивших, где именно началась нуклеация материи, и какие области сразу получились преимущественно пустыми.
Астрономический войд — это область, в которой почти отсутствуют галактики. Наряду с галактическими нитями и сверхскоплениями войды являются самыми крупномасштабными из известных во Вселенной структур. В поперечнике войды достигают сотен миллионов световых лет; для сравнения — расстояние от Солнца до Земли составляет примерно 8 световых минут.
Войд Волопаса
Войд Волопаса открыл в 1981 году Роберт Киршнер (род. 1949) из Гарвардского университета, в настоящее время руководящий работой обсерватории TMT (Тридцатиметровый Телескоп). Тогда Киршнер с коллегами назвали эту область «Великое Ничто» (The Great Nothing). На тот момент предполагалось, что галактики в пределах Войда Волопаса можно буквально пересчитать по пальцам (уверенно обнаруживались семь), но к 1995 году их было известно уже 27, а современные телескопы находят там до 60 галактик.
Войд Волопаса расположен примерно в 700 миллионах световых лет от Земли и имеет в поперечнике около 250 миллионов световых лет, что составляет 0,27% наблюдаемой части Вселенной. Галактики в нём расположены настолько разреженно, что, по мнению астронома Грега Скотта Олдеринга, «если бы Млечный Путь находился в центре Войда Волопаса, то о существовании других галактик мы бы узнали не ранее, чем в 1960-е годы».
Научная ценность войдов заключается в том, что из-за крайней разреженности обычной материи в этих областях наиболее удобно изучать поведение тёмной материи и тёмной энергии, либо явления, которые мы связываем с тёмной материей.
Сам Войд Волопаса состоит из обычной материи, которую правильнее называть не «тёмной», а «тусклой». Рассмотрим подробнее, чем он интересен с научной точки зрения, и какие космологические проблемы вообще удобно изучать на примере войдов.
1. Галактическая динамика: как именно движутся отдельные галактики и целые галактические скопления в значительно более обширных пустотах, как формируются галактические нити и стены. Гравитационные взаимодействия в войде очень сложны и плохо предсказуемы, но при этом помогают моделировать нетипичные взаимодействия и контакты между галактиками.
2. Расширение войда: сегодня предполагается, что крупные войды могут расширяться немного иначе, нежели наполненные галактиками области Вселенной. Если эта гипотеза подтвердится, то она может пролить свет на потенциальную неоднородность Вселенной и неодинаковость физических законов; недавно эту тему затрагивал на Хабре уважаемый Валерий Исаковский @valisak в статье «Теория неоднородной Вселенной как альтернатива тёмной энергии„.“»
3. Пустота и обширность приводят к тому, что в центральной части войда очень слабы привычные нам гравитационные взаимодействия. Поэтому войд — перспективное место для поиска естественных проявлений эффекта Казимира, а также в нём удобно проверять условия для возникновения ложного вакуума и саму реалистичность этой концепции. На эту тему в 2016 году издательство Йельского университета выпустило книгу Джеймса Оуэна Уизеролла «Void: The Strange Physics of Nothing„, выложенную, например, здесь.“»
4. Недостающая материя: поскольку в войдах всё‑таки довольно много обычной материи, астрономы пытаются искать там и тёмную материю и другие пока не известные виды материи, которые в привычных нам галактических условиях не просматриваются.
5. Эволюция галактик внутри войдов: возможно, впоследствии я отдельно рассмотрю на Хабре эту интереснейшую тему. Однако, поскольку сейчас известны уже десятки галактик, существующих в войдах, а не в нитях, удалось обобщить их характеристики и показать, что внутри войдов галактики более мелкие, насыщенные газом, а их излучение смещено в синюю часть спектра. Объяснить такую разницу было бы очень интересно.
6. Связи космической паутины: насколько нам известно, сеть галактических нитей во Вселенной нигде не прерывается, что обеспечивает практически свободное перетекание энергии между ними. Однако, учитывая постоянное увеличение войдов, а также расширение всей Вселенной, такая полносвязность может быть лишь эпизодом в истории Вселенной, который сменится распадом галактических скоплений на отдельные острова.
Возвращаясь к звёздному населению Войда Волопаса, рассмотрим несколько галактик, которые в нём содержатся.
Галактики-отшельницы
Самая яркая галактика в Войде Волопаса называется Markarian 845, её звёздная величина — 14,8. Она ориентирована с северо-запада на юго-восток, расположена к нам практически ребром, имеет очень яркое ядро и занимает около 1 угловой минуты в длину.
Предполагается, что эта галактика спиральная.
CG 692 — это более яркая галактика в паре с CG 693. Её звёздная величина составляет 15,2, длина галактики составляет около 0,7 угловой минуты, имеет яркий балдж и явно деформированный северный спиральный рукав.
CG 538 — компактная галактика со звёздной величиной 15,3, имеет яркое ядро и плотный эллиптический диск с едва заметной асимметрией спиральных рукавов. Диаметр галактики составляет всего 0,5 угловой минуты, поэтому на фоне войда может показаться звездой, а не галактикой.
I Zwicky 81 — практически ничем не примечательная галактика (кроме того, что она была среди первых обнаружена в Войде Волопаса). По-видимому, она имеет форму диска, в любительский телескоп просматривается яркий продолговатый центральный регион.
Наконец, вот спиральная галактика с перемычкой MCG+01-02-015, вокруг которой другие галактики отсутствуют в радиусе не менее 100 миллионов световых лет.
Войды и Мультивселенная
Среди других войдов кроме Войда Волопаса кратко упомяну Суперпустоту Эридана, которая расположена в 6-10 миллиардах световых лет от Земли в направлении созвездия Эридан и выглядит как холодная аномалия даже на фоне реликтового излучения.
Поскольку известно, что Сверхпустота Эридана — это типичный войд, пусть, вероятно, и не такой обширный, как Войд Волопаса, есть основания полагать, что самые холодные пятна на карте реликтового излучения представляют собой обширные космические пустоты. Существует экзотическая гипотеза, согласно которой именно войды могут подпитывать ускоренное расширение Вселенной, поскольку на их территории тёмная энергия не встречает сопротивления гравитации. Другая версия, высказанная в 2007 году знаменитым астрономом и популяризатором науки Маркусом Чауном, заключается в том, что войды могут возникать в точках столкновения нашей Вселенной с соседними вселенными-пузырями и, соответственно, свидетельствовать в пользу существования Мультивселенной. При таком столкновении часть энергии (как электромагнитной, так и механической) утекает в соседнюю вселенную, в результате чего новоиспечённый войд начинает остывать и расширяться вплоть до циклопических размеров. Наконец, есть гипотеза о «губчатой Вселенной», которую в середине 2000-х развивал астрофизик Джеймс Трефил; согласно такой версии, войды обеспечивают упорядоченность галактических нитей и равномерное заполнение Вселенной веществом – а значит, и её стабильность.
Если вы ранее пытались читать о Войде Волопаса и отчётливо фантастические источники, то вам могла встречаться информация, что у этой пустоты усматривают искусственное происхождение, будто Войд Волопаса — плод деятельности космической цивилизации III типа по шкале Кардашёва. Согласно такой версии, большая часть материи в этой области неба ушла на аннигиляцию с антивеществом для получения пузырей Алькубьерре, провешивания червоточин или даже для переселения в соседнюю Вселенную. При всей увлекательности подобных фантазий надеюсь, что смог в этой статье продемонстрировать: войды не являются аномалией, а заслуживают изучения как целая категория астрофизических объектов, пусть и предельно крупных и при этом пустых. Связь распределения войдов с гипотезой Мультивселенной – одна из таких тем, разбор которых я надеюсь однажды встретить на Хабре.
Автор: OlegSivchenko
