Avaruus on kuin sieni; pitkät, loistavat tuhansien ja miljoonien galaksien filamentit vuorottelevat tyhjien alueiden kanssa - mustissa reikissä, joissa on huomattavasti vähemmän tähtiryhmiä kuin keskimäärin. Totta, kukaan ei saa nähdä maailmankaikkeutta näin: Tähtien ja galaksien sironta näyttää riippumatta siitä, missä tarkkailija sijaitsee, pallon sisäpinta, jonka keskellä katsoja seisoo.
Muinaisina aikoina ja 1900-luvun alkuun asti tähtitieteilijöillä näytti olevan tasainen taivas: he tiesivät kuinka määrittää etäisyys vain lähimpiin tähtitieteellisiin esineisiin - Auringon, Kuun, aurinkokunnan planeetoihin ja niiden suuriin satelliitteihin; kaikkea muuta ei ollut tavoitettavissa kaukana - niin kaukana, ettei ollut mitään järkeä puhua siitä, mikä oli lähempänä ja mikä oli seuraava. Vasta 1900-luvun alussa syvä avaruus alkoi hankkia tilavuutta: ilmestyi uusia tapoja mitata etäisyyksiä etäisiin tähtiin - ja saimme tietää, että galaksiamme lisäksi on myös lukemattomia tähtiryhmiä. Ja vuosisadan loppuun mennessä ihmiskunta huomasi, että sen alkuperäinen galaksi kiertää yhdessä tähtien "sienen" filamenttien välissä olevissa aukkoissa - paikassa, joka on jopa tyhjä jopa kosmisten standardien mukaan.
Tasosta tilavuuteen
Ihmisen silmä voi erottaa etäisyyden lähellä olevasta esineestä vain, jos nämä esineet eivät ole liian kaukana tarkkailijasta. Lähellä kasvava puu ja vuori horisontissa; henkilö, joka seisoo rivillä katsojan edessä - ja sata ihmistä hänestä. Binokulaarisuus antaa meille mahdollisuuden ymmärtää, mikä on kaukana ja mikä on lähellä (yhdellä silmällä se voidaan myös tehdä, mutta vähemmän tarkkuudella) ja aivojen kyvyn arvioida parallaksia - esineen näkyvän aseman muutosta kaukaiseen taustaan nähden.
Kun katsomme tähtiä, kaikki nämä tempput ovat turhia. Tehokkaalla kaukoputkella voit arvioida etäisyyden lähinnä tähtiä oleviin tähtiin käyttämällä parallaksia, mutta tällä tavalla kykymme päättyvät. Tällä menetelmällä saavutettavissa oleva suurin mahdollinen saavutettiin vuonna 2007 Hipparcos-satelliittiteleskoopilla, joka mittasi etäisyyden miljoonaan tähtiin auringon läheisyydessä. Mutta jos parallaksi on ainoa aseesi, niin mikä tahansa muutaman sadan tuhannen parsin ulkopuolella, pysyy pisteinä pallon sisäpinnalla. Pikemminkin se pysyi - viimeisen vuosisadan 20-luvulle saakka.
Millenium-simulaatio laskee 10 miljardia hiukkasta kuutiossa, jonka reuna on noin 2 miljardia valovuotta. Ensimmäiseen julkaisuunsa vuonna 2005 käytettiin alustavia tietoja WMAP-operaatiosta, joka tutki Big Bang -jäännöksen säteilyä. Vuoden 2009 jälkeen, kun Planck Space Observatory selvensi CMB: n parametreja, simulaatio käynnistettiin toistuvasti, joka kerta kun kuukausi meni Max Planck Society -yhdistyksen supertietokoneen ajamiseen. Simulointi osoitti galaksien muodostumisen ja niiden jakautumisen - galaksiklusterien ja tyhjien alueiden esiintymisen niiden välillä.
Missä tilassa "sieni" on Linnunrata?
Linnunradan galaksi sijaitsee 700 tuhannen parsin päässä lähimmästä suuresta galaksista - Andromedasta - ja yhdessä Triangulum-galaksin ja viisikymmentä kääpiö-satelliittigalaksia edustavat paikallista galaksiryhmää. Paikallinen ryhmä, yhdessä kymmenen muun ryhmän kanssa, on osa Local Leaf - galaktinen filamentti, osa galaksien paikallista superklusteria (superklusteri), joka tunnetaan muuten Virgo-superklusterina; meidän lisäksimme on noin tuhat suurta galaksia. Neitsyt puolestaan kuuluu Laniakei-superklusteriin, joka sisältää jo noin 100 tuhatta galaksia. Laniakean lähimmät naapurit ovat Veronica-superklusterin hiukset, Perseus-Kalat-superklusteri, Hercules-superklusteri, Leo-klusteri ja muut. Meille lähin kosmisen tyhjiön kappale, paikallinen sisäänkäynti, on Linnunradan toisella puolella, joka ei ole paikallisen lehden edessä. Auringosta paikalliseen tyhjiöön on keskimäärin 23 megapikseliä ja sen halkaisija on noin 60 megapikseliä eli 195 miljoonaa valovuotta. Ja tämä on tippa valtameressä verrattuna todella suureen tyhjyyteen, joka mahdollisesti ympäröi meitä.
Vuonna 2013 ryhmä tähtitieteilijöitä tuli siihen tulokseen, että Linnunrata ja sen mukana lähimmät galaksit - suurin osa Laniakeasta - sijaitsevat keskellä todella jättiläistä tyhjää tyhjää, noin 1,5 miljardia valovuotta pitkä. Tutkijat ovat verranneet läheisyydessä olevista galakseista ja maailmankaikkeuden kaukaisista kulmista maahan päästävän säteilyn määrää. Kuvassa näytti siltä, että ihmiskunta asuu metropolin kaukana laidalla: suuren kaupungin hehku valaisee yötaivasta enemmän kuin lähellä olevien talojen ikkunoiden valo. Suhteellisen tyhjyyden jättiläisaluetta kutsuttiin KVS-tyhjyydeksi - tutkimuksen kirjoittajien Ryan Keenanin, Amy Bargerin ja Lennox Cowien ensimmäisten (latinalaisten) kirjainten jälkeen.
Void PIC on edelleen keskustelun kohde tähtitieteilijäyhteisössä. Sen olemassaolo ratkaisee joitain perustavanlaatuisia ongelmia. Muista, että tyhjä ei ole tyhjä, vaan alue, jolla galaksien tiheys on 15-50% pienempi kuin maailmankaikkeuden keskiarvo. Jos KBC: n tyhjyys esiintyy, niin tämä pieni tiheys selittää Cefeidien avulla ja kosmisen mikroaaltotaustosäteilyn kautta saatujen Hubble-vakion arvojen (luonnehtii maailmankaikkeuden laajuutta) eroavuuksien. Tämä ero on yksi nykyaikaisen astrofysiikan vaikeimmista ongelmista, koska teoriassa Hubble-vakion, kuten minkään muun vakion, ei pitäisi muuttua mittausmenetelmästä riippuen. Jos Linnunrata on jättiläisessä tyhjyydessä, niin maapallon matkalla oleva jäännössäteily kohtaa paljon vähemmän ainetta kuin avaruuden keskiarvo; korjaamalla tämä,voit sovittaa yhteen kokeelliset tiedot ja mitata tarkasti maailmankaikkeuden laajenemisnopeuden.
Teoriat galaktisten superluokkien ja tyhjien alueiden alkuperästä
Heti sen jälkeen, kun galaksien ja tyhjiöiden yliluokitukset löydettiin, tutkijat ihmettelivät niiden alkuperää - ja alusta alkaen tuli selväksi, että ei voi tehdä ilman maailmankaikkeuden näkymätöntä massaa. Sieninen rakenne ei voi olla normaalin, baryonisen aineen tuote, josta tutut esineemme ja itsemme koostuvat; kaikkien laskelmien mukaan sen liike ei voinut johtaa makrorakenteeseen, jota havaitaan tänään Ison räjähdyksen jälkeen kuluneen ajan. Galaktiset superklusterit ja tyhjiöt voitiin luoda vain tumman aineen uudelleenjakautumalla, joka alkoi paljon aikaisemmin kuin ensimmäiset galaksit muodostuivat.
Kun ensimmäinen teoria näytti selittävän lankojen ja tyhjien alueiden olemassaolon, isosta räjähdyksestä ei ollut vielä keskusteltu. Neuvostoliiton astrofysiikka Yakov Zeldovich, joka yhdessä Jaan Einasnon kanssa aloitti makrorakenteen tutkimuksen, teki ensimmäiset laskelmansa tumman aineen käsitteen neutriino, joka tunnetaan nimellä kuuma pimeä aine, teoriassa. Universumin olemassaolon alkuvaiheissa tapahtuneet tumman aineen jälkikäsittelyt aiheuttivat Zeldovichin mukaan solurakenteen ("pannukakut") esiintymisen, joka houkutteli myöhemmin painovoimaisesti baryonista ainetta ja muodosti hiukan yli 13 miljardissa vuodessa galaktisten superluokkien, filamenttien ja seinien ja tyhjien alueiden havaitun rakenteen.
1980-luvun puoliväliin mennessä kuuman tumman aineen teoria hylättiin kylmän tumman aineen teorian hyväksi. Se erotettiin neutriino-teoriasta muun muassa asteikolla, joilla primaariset epähomogeenisuudet syntyivät - pienempiä, ja siksi näyttää siltä, etteivät selitä kosmisen "sienen" olemassaoloa sen osatekijöillä, jotka ovat satoja tuhansia parsia. Kahden seuraavan vuosikymmenen aikana astrofysiikot ovat kuitenkin onnistuneet sovittamaan "pannukakku" -mallin matematiikan kanssa "kylmän" tumman aineen takana.
Nykyaikaiset tietokoneen simulaatiot osoittavat täydellisesti, kuinka heilahtelu tumman aineen jakautumisessa nuoressa maailmankaikkeudessa aiheutti galaktisten filamenttien ja tyhjien alueiden syntymistä. Kuuluisin näistä simulaatioista, suoritettiin Millennium Simulation -hankkeen yhteydessä vuonna 2005 supertietokoneella Leibniz, näyttää rakenteiden muodostumisen, jotka ovat kooltaan verrattavissa Laniakei-superklusteriin - sellaiseen, jossa galaksiamme pyörii.
Anastasia Shartogasheva