На крупнейших картах Вселенной галактики распределены вовсе не как крупинки в равномерно размешанном супе. Они собираются в нити и стены, окружающие огромные тёмные пустоты. Самое удивительное: чертёж этой паутины появился задолго до первых звёзд.
2. Почти ровная, но не совсем
Молодая Вселенная была гораздо однороднее современной. Об этом говорит реликтовое излучение — свет, освободившийся примерно через 380 тысяч лет после Большого взрыва. Его температура в разных направлениях отличается лишь на стотысячные доли, однако именно эти крошечные отклонения отмечают области чуть большей и чуть меньшей плотности.
Там, где вещества было немного больше, притяжение тоже было чуть сильнее. Такие участки притягивали дополнительную материю и становились ещё плотнее. Получилась положительная обратная связь: маленькая начальная неровность за миллиарды лет превратилась в галактики, скопления и длинные нити.
Инфляционная модель предполагает, что первоначальными семенами могли стать квантовые колебания, растянутые быстрым расширением ранней Вселенной. Это убедительная рабочая картина, но механизм самой инфляции пока не установлен. Наблюдения хорошо описывают результат, а не все подробности его происхождения.
3. Невидимый каркас
Главную роль в росте структур сыграла тёмная материя. Она почти не взаимодействует со светом, зато создаёт гравитацию. Обычное вещество в ранней Вселенной было тесно связано с излучением и не могло так же быстро собираться в комки, а тёмная материя начала формировать гравитационный каркас раньше.
По мере расширения и охлаждения космоса газ стал падать в углубления этого каркаса. На пересечениях нитей возникали самые массивные скопления галактик. Вдоль нитей вещество продолжало стекать к узлам, а из областей с начальным дефицитом материи оно уходило, расширяя пустоты.
Компьютерные модели с холодной тёмной материей воспроизводят знакомый рисунок: узлы, филаменты, плоские стены и войды. «Холодная» здесь не означает низкую температуру. Термин говорит о том, что частицы двигались достаточно медленно и позволяли небольшим структурам образовываться раньше крупных.
4. Пустоты тоже не пусты
Космические войды могут иметь размеры в десятки и сотни миллионов световых лет. Один из известных примеров — войд Волопаса, поперечник которого обычно оценивают примерно в 300 миллионов световых лет. На первый взгляд такие пространства кажутся абсолютно пустыми.
На деле в них встречаются отдельные галактики, разреженный газ и тёмная материя. Просто средняя плотность там заметно ниже, чем в нитях и скоплениях. Если бы Вселенная была ночным городом, войды оказались бы не необитаемой пустыней, а редкими огнями между яркими магистралями.
Пустоты важны для космологии именно своей разреженностью. Их форма и скорость роста зависят от состава Вселенной, свойств тёмной энергии и закона гравитации. Поэтому учёные изучают не только места, где много галактик, но и промежутки между ними.
5. Как увидеть невидимую сеть
Галактики служат светящимися метками паутины. Большие обзоры измеряют их положения и красные смещения, создавая трёхмерные карты на миллиарды световых лет. Уже первые крупные «срезы» Вселенной показали стены и пустоты, а современные обзоры охватывают миллионы объектов.
Саму тёмную материю можно картографировать по гравитационному линзированию. Масса немного искажает изображения более далёких галактик, и статистика этих искажений раскрывает невидимые нити. Газ в филаментах также обнаруживают по поглощению света далёких квазаров и по рентгеновскому излучению наиболее горячих областей.
Телескоп James Webb увидел цепочки галактик, существовавшие менее чем через миллиард лет после Большого взрыва. Это не означает, что вся современная паутина уже была готова. Наблюдения показывают её ранние нити, которые затем становились плотнее и сложнее.
6. Что говорит наука
Подтверждено: обзоры галактик непосредственно показывают нити, стены, узлы и войды. Карты слабого линзирования подтверждают, что распределение массы шире светящихся галактик, а реликтовое излучение фиксирует начальные неоднородности, из которых могла вырасти эта структура.
Наиболее успешное объяснение даёт стандартная космологическая модель с холодной тёмной материей и тёмной энергией. В её расчётах гравитация усиливает первоначальные различия плотности, а газ следует за невидимым каркасом. Модели хорошо совпадают с общей статистикой наблюдаемой паутины.
Открытыми остаются природа тёмной материи и тёмной энергии, точная история первых филаментов и поведение обычного газа между галактиками. Значит, паутина наблюдается вполне реально, а часть физики её нитей всё ещё скрыта.
7. Итог
Почему же галактики выстроены в гигантскую сеть? Потому что гравитация миллиарды лет превращала едва заметные складки ранней Вселенной в её нынешний рельеф.
Предложите в комментариях, какую космическую «нить» разобрать следующей.
