Чи можна зрозуміти Всесвіт, не розуміючи найбільших структур, які в ньому знаходяться? В принципі, навряд чи. У практичному плані? Однозначно ні. Надзвичайно великі об’єкти можуть спотворити наше розуміння космосу. Астрономи знайшли найбільшу на сьогодні структуру у Всесвіті, названу Кіпу на честь вимірювальної системи інків. Він містить шокуючі 200 квадрильйонів сонячних мас.
Астрономія – це наука, де надзвичайно великі числа є частиною щоденного дискурсу. Але навіть в астрономії 200 квадрильйонів є настільки великим числом, що його рідко можна зустріти. І якщо надзвичайно велика маса Кіпу не привертає уваги, то його розмір точно привертає увагу. Об’єкт, який називають надструктурою, має довжину понад 400 мегапарсек. Це більше ніж 1,3 мільярда світлових років.
Така велика структура просто повинна впливати на оточення, і розуміння цих ефектів має вирішальне значення для розуміння космосу. Згідно з новими дослідженнями, вивчення Кіпу та його побратимів може допомогти нам зрозуміти, як розвиваються галактики, покращити наші космологічні моделі та підвищити точність наших космологічних вимірювань.
Дослідження під назвою «Відкриття найбільших структур у сусідньому Всесвіті: відкриття надструктури Кіпу» було прийнято до публікації в журналі Astronomy and Astrophysics . Ганс Борінгер з Інституту Макса Планка є провідним автором.
«Для точного визначення космологічних параметрів нам потрібно зрозуміти вплив локальної великомасштабної структури Всесвіту на вимірювання», — пишуть автори. «Вони включають модифікації космічного мікрохвильового фону, спотворення зображень неба великомасштабним гравітаційним лінзуванням і вплив великомасштабних потокових рухів на вимірювання постійної Хаббла».
Надструктури — це надзвичайно великі структури, які містять групи скупчень і надскупчень галактик. Вони настільки великі, що кидають виклик нашому розумінню того, як розвивався наш Всесвіт. Деякі з них настільки масивні, що порушують наші моделі космологічної еволюції.
Кіпу — найбільша структура, яку ми коли-небудь знаходили у Всесвіті. Вона та інші чотири надструктури, які виявили дослідники, містять 45 відсотків скупчень галактик, 30 відсотків галактик, 25 відсотків матерії та займають об’ємну частку 13 відсотків. Зображення нижче допомагає пояснити, чому вони назвали його Quipu. Кіпу — це пристрої для запису, виготовлені з вузликових шнурів, у яких вузли містять інформацію за кольором, порядком і кількістю.
«Цей вигляд створює найкраще враження про надбудову як про довгу нитку з маленькими бічними нитками, що ініціювало назву Кіпу», — пояснюють автори у своїй статті.
У своїй роботі Борінгер та його співдослідники виявили Кіпу та чотири інші надбудови на відстані від 130 до 250 Мпк. Вони використовували рентгенівські скупчення галактик, щоб ідентифікувати та проаналізувати надструктури в своєму огляді скупчень космічної великомасштабної структури в рентгенівських променях (CLASSIX).
Рентгенівські скупчення галактик можуть містити тисячі галактик і багато дуже гарячого внутрішньоскупченого газу, який випромінює рентгенівське випромінювання. Ці викиди є ключем до картографування маси надбудов. Рентгенівські промені відстежують найщільніші області концентрації речовини та космічну мережу, що лежить в основі. Викиди схожі на покажчики для ідентифікації надбудов.
Автори зазначають, що «різниця в щільності галактик навколо польових скупчень і членів надструктур вражаюча». Це може бути тому, що польові скупчення населені менш масивними скупченнями, ніж ті, що знаходяться в надструктурі, а не тому, що польові скупчення мають меншу щільність галактик. Незалежно від причин, маса цих надбудов має величезний вплив на наші спроби спостерігати, вимірювати та розуміти космос. «Ці великі структури накладають відбиток на космологічні спостереження», — пишуть автори.
Надбудови залишають відбиток на космічному мікрохвильовому фоні (CMB), який є реліктовим випромінюванням Великого вибуху та ключовими доказами, які його підтверджують. Властивості CMB відповідають нашим теоретичним прогнозам з майже хірургічною точністю. Сила тяжіння надбудов змінює CMB, коли він проходить крізь них відповідно до інтегрованого ефекту Сакса-Вольфа (ISW), викликаючи коливання CMB. Ці коливання є артефактами переднього плану, які важко відфільтрувати, вносячи перешкоди в наше розуміння CMB і, отже, Великого вибуху.
Надбудови також можуть впливати на вимірювання постійної Хаббла, фундаментальної величини в космології, яка описує швидкість розширення Всесвіту. У той час як галактики віддаляються одна від одної через розширення, вони також мають локальні швидкості, які називаються пекулярними швидкостями або потоковими рухами. Їх потрібно відокремити від розширення, щоб чітко розуміти розширення. Велика маса цих надструктур впливає на ці потокові рухи та спотворює наші вимірювання постійної Хаббла.
Дослідження також зазначає, що ці масивні структури можуть змінювати та спотворювати зображення нашого неба за допомогою великомасштабного гравітаційного лінзування. Це може призвести до помилок у наших вимірюваннях. З іншого боку, моделювання Lambda CDM створює надбудови, такі як Quipu та чотири інші. Лямбда-CDM — це наша стандартна модель космології Великого вибуху, яка пояснює багато з того, що ми бачимо у Всесвіті, наприклад його великомасштабну структуру.
«Ми знаходимо надструктури з подібними властивостями в моделях, заснованих на космологічних моделях Lambda-CDM», — пишуть автори.
Зрозуміло, що ці надбудови є критично важливими для розуміння Всесвіту. Вони зберігають значну частину його матерії та фундаментально впливають на навколишнє середовище. Щоб зрозуміти їх та їхній вплив, потрібні додаткові дослідження.
«Цікаві подальші дослідження наших знахідок включають, наприклад, дослідження впливу цих середовищ на населення та еволюцію галактик», — пишуть автори у своєму висновку.
Згідно з дослідженням, ці надбудови не будуть існувати вічно. «У майбутній космічній еволюції ці надбудови обов’язково розпадуться на кілька блоків, що руйнуються. Таким чином, вони є тимчасовими конфігураціями», — пояснюють Борінгер та його співдослідники.
«Але в даний час вони є особливими фізичними сутностями з характерними властивостями та особливим космічним середовищем, які заслуговують на особливу увагу».
