Сверхскопление Ланиакея. Расположение Млечного пути показано красным.
На крупнейших масштабах тёмная энергия заставляет расширение Вселенной ускоряться. Оно не только отдаляет удалённые галактики друг от друга, оно заставляет их ускоряться друг относительно друга. С другой стороны, гравитация заставляет материю скапливаться вместе, так, как скопились наша Галактика и наша локальная группа, и может победить это ускорение, если соберёт достаточно большое количество вещества в одном месте. Но галактики и группы – не крупнейшие из известных нам структур. Во Вселенной существуют скопления и сверхскопления галактик, одно из которых находится прямо у нас под боком! Победит ли в итоге какое-нибудь из таких сверхскоплений тёмную энергию? Наш читатель спрашивает:
Если мы гравитационно связаны только с Андромедой, и всё остальное в итоге исчезнет из видимой области Вселенной, как же мы все можем двигаться по направлению к Великому аттрактору (или куда мы там направляемся к гравитационному центру Ланиакеи)?
С точки зрения космических масштабов недалеко от нас находятся тысячи галактик, притягивающих нас к себе.
Цепочка Маркаряна с названиями галактик, расположенных вблизи центра скопления Девы
Притянут ли они нас к себе, несмотря на тёмную энергию? Или же тёмная энергия заставит нас расширяться достаточно быстро и предотвратит это сближение? Для ответа на вопрос нам нужно изучить три вещи: расширение Вселенной, локальные несовершенства этого движения и то, как Вселенная выглядит в нашем регионе.
Открытие Хабблом переменной цефеиды в галактике Андромеда, M31, открыло нам Вселенную
1) Расширение Вселенной. В 1920-х Эдвин Хаббл смог обнаружить известный класс звёзд – переменные цефеиды – в спиральных объектах, видимых нами в небе. Они периодически становились ярче и тусклее, и разным звёздам были присущи разные периоды времени. Нам известно соотношение яркости к периоду её колебаний, которому подчиняются все звёзды, что означает, что если вы можете измерить период колебаний и видимую яркость звезды, вы можете вычислить, как далеко от вас находится звезда, а следовательно, и её галактика.
Эта концепция известна как метод стандартных свечей, и сейчас мы уже перешли от цефеид к другим свойствам галактик, к сверхновым типа Ia, как к самым ярким и лучше всего видимым свечкам. Эти методы позволили нам обнаружить закономерность, известную, как закон Хаббла, работающую во всех направлениях, куда бы мы ни смотрели: скорость удаления объекта от нас пропорциональна параметру Хаббла, помноженной на расстояние до объекта. Вы могли раньше слышать название «константа Хаббла», и это действительно был хороший способ представлять происходящее в десятилетия, предшествовавшие появлению космического телескопа им. Хаббла, поскольку в то время мы не могли заглянуть далеко, до самых границ видимой Вселенной. Но чем дальше мы смотрели, тем понятнее становилось, что расширение Вселенной не только меняется во времени, оно ускоряется, что натолкнуло нас на мысль, что во Вселенной есть нечто большее, чем материя, излучение и искривлённое пространство.
Отношение расстояния к красному смещению
Оказалось, что сегодня Вселенная примерно на 70% состоит из тёмной энергии, что становится всё более и более важным с течением времени. Когда Вселенная была в два раза моложе, тёмная энергия была не такой заметной, поскольку её доля была мизерной по сравнению с общей плотностью энергии. Но по мере того, как материя и излучение размываются, их плотность уменьшается, и тёмная энергия начинает доминировать над расширением Вселенной, что и приводит к видимому нами сегодня ускорению. Это значит, что все структуры, которые до сего момента не были связаны гравитационно – не приобрели плотность, достаточно сильно превышающую среднее значение – уже никогда не свяжутся вместе в этой Вселенной. Они будут с ускорением разлетаться под напором расширения.
2) Локальные несовершенства этого расширения. Даже на расстояниях в миллионы световых лет у гравитации полно времени для того, чтобы сжимать структуры Вселенной. С момента Большого взрыва во Вселенной сформировались триллионы звёздных скоплений и сотни миллиардов галактик, и крупномасштабные структуры стали сложными и насыщенными. Крупнейшие участки повышенной плотности превратились не только в галактики, но и в группы и в скопления из десятков, сотен или тысяч галактик, связанных вместе в единые структуры.
Гравитационное притяжение этих несовершенств играет большую роль. Если взять ближайшего нашего соседа, галактику Андромеда, то она находится на расстоянии около 2,5 млн световых лет от нас. Если судить по расширению Вселенной, она должна двигаться в сторону от нас. Но гравитационное притяжение притягивает Млечный путь к Андромеде, а Андромеду – к Млечному пути, и оно может победить расширение, если две этих галактики будут достаточно массивными. Если сила притяжения между ними будет достаточно большой, и была большой достаточно давно, мы окажемся гравитационно связанными. Хотя тёмная энергия может отдалить от нас другие, далёкие галактики, мы в итоге упадём друг на друга и сформируем со временем единую гигантскую структуру.
Как будет выглядеть столкновение Млечного пути и Андромеды
И так всё и будет! Такова реальная судьба нашей местной группы. Вернёмся к вопросу читателя – что происходит с Великим аттрактором и ближайшими к нам скоплениями и сверхскоплениями? Для ответа на него необходимо сделать карту ближайшей к нам области Вселенной.
3) Строение Вселенной в нашем регионе. Мы изучили этот вопрос с 80% точностью. Неизвестны нам только те части, которые загорожены плоскостью Галактики – с нашего положения их очень трудно разглядеть. Мы можем сразу учесть три вещи:
• Все отдельные галактики рядом с нами и их движение относительно нас.
• Хаббловское расширение Вселенной, и то, как движение этих галактик отклоняется от этого расширения, с учётом расстояния до них.
• Массы всех объектов нашего окружения и подразумеваемые массы невидимых нам объектов – то, какие массы должны присутствовать на каких местах, чтобы мы наблюдали то движение объектов, какое наблюдаем.
Мы размечаем нашу локальную часть Вселенной, расположение и движения объектов, и размечаем массу локальных объектов, чтобы увидеть, что куда движется и почему.
Проект, составляющий карту космических потоков, не так давно свёл всю эту информацию вместе, и определил, что Млечный путь гравитационно связан с локальной группой. Наша локальная группа – одна из многих групп, расположенных недалеко, но вне скопления Девы, и все эти группы и скопления, вместе с некоторыми другими, формируют огромную сверхструктуру, известную, как сверхскопление Ланиакея. Чтобы объяснить движение всех локальных структур, в том месте, которое ранее называли «Великим аттрактором», должна находиться некая масса – поскольку все наблюдаемые нами движения объектов не соответствовали обнаруженным нами ранее массам.
Эта крупнейшая структура – набор галактик в Ланиакее, отвечающий за сильнейшее притяжения – заставляет локальную группу и множество других галактик из нашего локального сверхскопления двигаться по направлению к этой массе. Они значительно отклоняются от хаббловского движения: на сотни километров в секунду. Это реальная сила, значительный эффект, работающий против хаббловского расширения и тёмной энергии.
Но он им проигрывает.
Галактики сверхскопления Девы
Тёмная энергия и существующее расширение Вселенной не только сильнее гравитационного притяжения локального сверхскопления – это вообще нельзя назвать соревнованием. Разница в скорости, отклонение от хаббловского расширения, составляет лишь 20% от того, что требовалось бы для привязки нас к этой крупной структуре. Да и сама эта структура не связана гравитационно. Это сверхскопление лишь видимость, и по мере эволюции Вселенной Ланиакея растворится.
Так что, полностью отвечая на вопрос читателя, можно сказать, что нас притягивает по направлению к Ланиакея, к Великому аттрактору, но этой силы, к сожалению, вовсе недостаточно для того, чтобы мы упали на него. Просто это сверхскопление будет отдаляться от нас медленнее среднего значения, и останется в пределах нашей досягаемости на несколько миллиардов лет дольше, но и это лишь временное явление. Оно недостаточно тяжёлое, чтобы удержаться или затянуть нас внутрь в итоге. Судьба нашей локальной группы – остаться в итоге в одиночестве.
