Коли вчені розповідають про космос за межами Чумацького Шляху, переважно можна зрозуміти лише те, що там є сотні мільярдів галактик, схожих на нашу зоряну систему. Щойно вони починають говорити про скупчення, надскупчення, войди, нитки та стіни, стежити за цим усім стає важко. Втім, ми все ж спробуємо розібратися.
Початок позагалактичної астрономії
Одне з найголовніших завдань, що стояло перед астрономією з давніх-давен — зрозуміти, як влаштований наш світ і яке місце у ньому ми займаємо. Людство дивилося на зорі та намагалося за результатами спостережень з’ясувати, які структури утворюють небесні тіла.
Прагнення впорядкувати навколишній світ дуже важливе для людей — воно дарує відчуття контролю за всім, що відбувається. Якщо світ передбачуваний, він виглядає безпечним. Але з астрономією це «спрацювало» досить дивним чином.
Спочатку нам довелося відмовитися від сприйняття Землі як центру Всесвіту. Геліоцентрична модель пояснила людям, що вони живуть на крихітній піщинці, яка обертається навколо Сонця посеред порожнечі. Проте майже відразу (за історичними мірками) стало зрозуміло, що й саме наше Сонце — лише одна з мільярдів зір, що кружляють у колосальному диску Галактики, яку ми бачимо на небі як смугу Чумацького Шляху.
Для більшості астрономів XX століття навіть така реальність уже була достатньо шокуючою, і вони дотримувалися думки, що все, що ми бачимо на небі, є складовими галактичного диска. Хоча вже тоді знаходилися люди, які припускали, що деякі туманності на небі насправді є галактиками, подібними до нашої, й вони утворюють якісь структури.
Підтвердження того, що об’єкти, подібні до Туманності Андромеди, насправді є іншими галактиками, знайшов у 1924-1926 роках американський астроном Едвін Габбл. Він же згодом виявив закономірність у зсувах спектральних ліній інших зоряних систем, яка зараз має назву закону його імені.
Закон Габбла дозволив оцінити міжгалактичні відстані. І знову з’ясувалося, що Всесвіт значно більший, ніж ми собі уявляли. Та цього разу вже весь Чумацький Шлях виявився однією з сотень мільйонів піщинок, які формують колосальні структури, що заповнюють собою порожнечу космосу.
Місцева група
Перш ніж розповідати про глобальні космічні структури за межами нашої Галактики, важливо пояснити, про який масштаб ідеться. Адже розміри всього, про що написано далі, настільки великі, що людська уява може просто відмовитися їх сприйняти.
За точку відліку краще взяти діаметр Чумацького Шляху. Він настільки великий, що світло долає відстань від одного його кінця до іншого за 100 тис. років. Для порівняння: дистанцію між Сонцем та Землею електромагнітні хвилі долають у середньому за 8 хвилин 19 секунд.
Утім, якою б неймовірною не здавалася ця відстань — усе, про що йтиметься нижче, у десятки, сотні й тисячі разів більше за Чумацький Шлях. Наприклад, найменшою структурою, до якої входить наша Галактика, є Місцева група. Ці гравітаційно зв’язані зоряні системи разом мають розмір приблизно 3 млн світлових років, що у 30 разів більше за діаметр нашого диска. Домінують тут дві великі галактики: Чумацький Шлях і вже згадана Туманність Андромеди (M31). Остання розташована на відстані 2,5 млн світлових років від нас, це близько 25 діаметрів галактичного диску.
При цьому кожна з великих галактик оточена роєм супутників значно меншого розміру. Найближчим з подібних об’єктів є карликова галактика у Стрільці. Відстань до неї складає всього 70 тис. світлових років, тобто вона фактично «нависає» над диском Чумацького Шляху.
Крім двох великих галактичних підгруп, до Місцевої групи входить декілька «одинаків» — таких, як Туманність Трикутника (M33), розташована на відстані 700 тис. світлових років від Туманності Андромеди.
Груп, подібних до Місцевої, навколо нас налічуються десятки, а загальна їхня кількість у Всесвіті вимірюється мільйонами. Найближча до нас схожа група галактик Секстант-Насос розташована на відстані 4,3 млн світлових років, що приблизно дорівнює 43 дискам Чумацького Шляху.
Скупчення та войди
Однак значна частина галактик у Всесвіті зібрана зовсім не у такі невеличкі групи, як Місцева. Вони утворюють куди більші й масивніші угрупування, що називаються скупченнями (кластерами). Найближче з них — скупчення Діви. Його центр лежить за 48 млн світлових років від нас, тобто відстань до нього у 480 разів більша за діаметр Чумацького Шляху.
Тут треба зазначити, що всі власні назви позагалактичним об’єктам давалися переважно за сузір’ями, у яких вони були знайдені. Це може спричинити певну плутанину, оскільки «на честь» одного й того самого сузір’я може бути назване і кулясте скупчення, і окрема галактика, і їхня група, і скупчення. Тому, розповідаючи про великомасштабні структури Всесвіту, важливо до назви додавати уточнення, про який саме тип об’єктів ідеться.
Скупчення Діви дає чудове уявлення про те, що собою являють подібні структури. Його діаметр складає приблизно 15 млн світлових років, тобто воно у 150 разів більше за Чумацький Шлях і приблизно уп’ятеро — за Місцеву групу. Але у цей об’єм вміщується близько 2000 галактик, пов’язаних між собою силами гравітації.
Причому більшість із них — зовсім не маленькі зоряні системи. Діаметр багатьох — М90, М86, М49, М98 — суттєво перевищує розмір Чумацького Шляху. Крім того, між цими системами розташовано близько 11 тис. кулястих зоряних скупчень, кожне з яких може містити десятки й сотні тисяч зір.
Логічним було би припустити, що якщо десь є надлишок речовини, то мають бути й місця, де вона практично відсутня. Справді, величезні об’єми космосу поза галактичними скупченнями лишаються порожніми. Там, де могли би поміститися тисячі груп, подібних до Місцевої, можна зустріти лише поодинокі зорі та карликові галактики.
Такі місця називають войдами, у перекладі з англійської — порожнинами. Вони зазвичай навіть більші за розмірами, ніж галактичні скупчення. Наприклад, найбільший із відомих войдів у сузір’ї Ерідана має розмір від 500 млн до 1 млрд світлових років. Решта — суттєво менші, однак їхній діаметр може вимірюватися десятками та сотнями мільйонів світлових років, тобто вони у сотні й тисячі разів більші за Чумацький шлях.
Місцевий аркуш
Порівняно зі скупченням Діви, Місцева група може видатися невеличким селищем, загубленим у глушині. Однак у нас є низка сусідів, разом із якими ми утворюємо окрему масштабну структуру — Місцевий аркуш.
Річ у тім, що астрономи вже давно помітили: войди мають переважно круглу форму, а скупчення галактик, які їх розділяють,тяжіють до того, аби формувати плоскі чи витягнуті фігури. Ось і ми разом із сусідніми групами галактик Maffei, М81, М94, Центавра А та Скульптора утворюємо так званий Місцевий аркуш. Ця достатньо розпорошена структура має діаметр 23 млн і товщину 1,5 млн світлових років.
Найбільшою її цікавинкою є «Рада гігантів» — більш-менш рівномірне коло великих галактик діаметром близько 12,2 млн світлових років, яке складається з десяти великих спіральних і ще двох еліптичних зоряних систем. Туди входять і Чумацький Шлях із Туманністю Андромеди.
Місцевий аркуш і скупчення Діви балансують на краю найближчого до нас войда. Він теж називається «Місцевий». Діаметр цієї велетенської порожньої «бульбашки» становить не менше 150 млн світлових років, тобто він приблизно у 1500 разів більший за Чумацький Шлях.
Надскупчення Діви та Ланіакея
Зі свого боку, скупчення та групи галактик входять до складу значно більших структур, які називаються надскупченнями. Чумацький Шлях разом з усією Місцевою групою, Місцевим аркушем, скупченням Діви, а також скупченнями Печі, Ерідана, Великої Ведмедиці та численною кількістю інших груп утворює надскупчення Діви.
Про існування цієї колосальної структури астрономи здогадувалися ще у другій половині XIX століття, адже саме в сузір’ї Діви тоді спостерігали значну частину галактик. Однак, оскільки відстань до них лишалася невідомою, остаточно той факт, що Чумацький Шлях є частиною цього надскупчення, визнали тільки 1953 року.
Загалом надскупчення Діви має діаметр майже 110 млн світлових років. Вважається, що воно містить близько 30 тис. галактик, зібраних у понад 100 скупчень і груп. Водночас для своєї маси воно надто тьмяне, тож учені вважають, що значна його частина представлена темною матерією.
Тривалий час учені допускали, що надскупчення Діви не є гравітаційно зв’язаною структурою. Однак дослідження 2014 року показали, що воно є частиною значно більшого комплексу галактик, який отримав назву Ланіакея й також є гравітаційно зв’язаним.
Центром тяжіння Ланіакеї є так званий Великий Атрактор, розташований на відстані 150-250 млн світлових років у напрямку сузір’їв Косинець і Південний Трикутник. Саме в цьому напрямку отримують постійне прискорення всі найближчі галактики включно з Чумацьким Шляхом.
Що собою являє Великий Атрактор, достеменно невідомо. Він розміщений у так званій «зоні уникання» — частині неба, позагалактичні об’єкти в якій закриває від нас скупчення зір і міжзоряного пилу навколо галактичного центру. Тому вчені поки можуть лише будувати гіпотези, що там ховається величезна маса темної та звичайної матерії, частиною якої є скупчення Косинця.
Хай там як, а Ланіакея, назва якої з гавайської мови перекладається як «неосяжні небеса», є дійсно величною структурою. Крім «нашого» надскупчення Діви, воно містить надскупчення Гідри-Кентавра, Павича-Індіанця та Південне. Кожне з них утворює окрему гілку в цій велетенській структурі, що загалом нагадує пір’їну чи лист папороті. Ця «космічна папороть» розтягнулась у просторі на 520 млн світлових років, тобто вона мінімум уп’ятеро більша за надскупчення Діви. Вважається, що вона містить принаймні 100 тис. галактик.
Попри це, стверджувати, що Ланіакея є найбільшою структурою у Всесвіті чи займає значну його частину, не можна. Насправді це всього лише дуже велике надскупчення галактик, подібних до якого астрономи налічують ще принаймні 10 млн.
Нитки, аркуші та стіни
Той факт, що всі галактичні структури, більші за групу чи скупчення галактик, нагадують нитки або тонкі стрічки, довго турбував учених, оскільки одним тільки впливом гравітації видимих об’єктів його важко було пояснити.
Проте, коли з’явились уявлення про темну матерію, такий розподіл галактик у Всесвіті отримав своє пояснення. Більшу частину великомасштабної структури можна описати як нитки й аркуші. Згідно з панівними уявленнями сучасної астрофізики, вони являють собою потоки темної матерії, всередині яких рухаються зоряні системи.
Вважається, що цей рух впливає на орієнтацію галактик у просторі та навіть на зореутворення в них — адже від того, як вони зорієнтовані відносно нитки, на якій розташовані, залежить приплив до них звичайної та темної матерії ззовні.
Одним із найменших прикладів такої структури Всесвіту є Місцевий аркуш. Але можуть існувати й значно більші. Зокрема, усе надскупчення Ланіакея можна вважати переплетінням «космічних ниток», вузлами у якому виступають найбільші скупчення галактик. При цьому воно саме являє собою лише одне з «волокон», що формують дійсно велику нитку, відому як комплекс надскупчень галактик Риб-Кита. Крім нього, до складу цієї колосальної структури входять ще три схожі гілки — Персея-Пегаса, Пегаса-Риб і Риб-Кита, а також окремий регіон Скульптора. Кожна з них, подібно до Ланіакеї, є поєднанням кількох надскупчень.
Комплекс надскупчень галактик Риб-Кита — дійсно велетенська «космічна нитка», що простяглась у просторі на мільярд світлових років і при цьому має товщину в середньому 50 млн світлових років. По суті, це розгалужений ланцюжок надскупчень, кожна ланка якого містить десятки тисяч галактик.
Проте навіть комплекс Риб-Кита не є найбільшою структурою у Всесвіті. Адже вже зараз ми знаємо подібні, але значно більші структури. Так, Велика стіна Слоуна має довжину 1,3 млрд світлових років, а група квазарів Кловес-Кампусано — 2 млрд. Величезна група квазарів простягається на 4 млрд світлових років, а Велика стіна Геркулеса-Північної Корони — на цілих 10 млрд.
Чи є межа рівнів структури
З огляду на все вищесказане можна було б очікувати, що рівні структури Всесвіту зростатимуть нескінченно, і ми кожного разу відкриватимемо все більші й більші комплекси, утворені структурами «нижчого рівня». А самі собі ми здаватимемося все меншими й меншими.
Однак ще у 1990-х роках було доведено, що на масштабах близько 300 МПк, тобто приблизно мільярда світлових років, космос у цілому однорідний і являє собою набір різнорозмірних войдів, оточених павутинням ниток галактичних скупчень. Вони формують щось подібне до бджолиних стільників чи губки. А на ще меншому масштабі Всесвіт набере рівномірного вигляду. Навіть якщо просто скласти мапу тієї його частини, яку ми можемо спостерігати, вже й там нерівномірності структури будуть ледь помітними.
Утім, про більшу частину Всесвіту ми нічого не знаємо. Світло звідти ще не встигло до нас дістатися за ті мільярди років, які він існує. Та вже зараз можна впевнено стверджувати, що ніяких неймовірних структур ми там не побачимо.
Всесвіт не має центру, тож ми не можемо сказати, що перебуваємо десь на околиці. Ми просто живемо на нитці Риб-Кита надскупчення Ланіакея, в Місцевій групі, в рукаві Оріона галактики Чумацький Шлях, у Сонячній системі, на планеті Земля.
Ця стаття була опублікована у №1 (189) 2023 року журналу Universe Space Tech. Придбати цей номер в електронній версії можна у нашому магазині.
