Что такое космическая паутина?
Глядя на ночное небо, кажется, что звезды и галактики расположены более или менее случайным образом. Это, однако, не совсем так. Несмотря на хаотичность, Вселенная — это не случайная путаница объектов. Может показаться удивительным, однако у Вселенной есть структура, состоящая из массивных нитей галактик, разделенных между собой гигантскими пустотами. Ученые называют эту структуру космической паутиной. Но почему она такая странная? Ответ, вероятно, заключается в процессах, которые произошли в первые несколько сотен тысяч лет после Большого взрыва.
Так выглядит космическая паутина
Что такое войды и галактические нити?
Нам с вами невероятно повезло. По крайней мере, так считал выдающийся физик-теоретик Стивен Хокинг. По мнению ученого, хоть мы и живем на обыкновенной планете, что вращается вокруг ничем не примечательной звезды, у нас есть шанс познать Вселенную. Сегодня составлена карта не только ближайших к Земле экзопланет, но также всей наблюдаемой Вселенной. И если от одного взгляда на такую карту у вас начинает немного кружится голова, то приготовьтесь к настоящему аттракциону.
Перед вами карта наблюдаемой Вселенной. С ума сойти можно, правда?
Чтобы попытаться представить себе примерные масштабы происходящего, давайте начнем отсчет от галактики Млечный Путь. Наши ближайшие галактические соседи это галактика Андромеды и галактика Треугольника. А также около 50 галактик Местной группы. Космический телескоп Hubble не раз фотографировал этих удивительных жителей космического пространства. Однако не стоит забывать о том, что Вселенная расширяется, а значит, галактики разлетаются друг от друга в самые разные стороны. Недавно мы писали о том, что на космических просторах чего только не происходит, в том числе и столкновение сразу трех галактик между собой.
Так выглядят 15 тысяч галактик в объективе телескопа Hubble
Однако помимо галактик на просторах космоса существуют туманности, звездные скопления, скопления галактик и даже сверхскопления галактик. Некоторые подобные объекты в наблюдаемой Вселенной были выделены астрономами в масштабные структуры из-за своих невероятно больших размеров. Самые крупные из них простираются на сотни и миллиарды световых лет. Из-за своей вытянутой формы, эти объекты были названы галактическими нитями. Эти нити переплетаются между собой, заполняют пустое космическое пространство — или войды (от английского “пустота”), словно образуя трехмерную паутину. Но и это еще не все — войды и галактические нити могут образовывать “великие стены” — относительно плоские комплексы скоплений и сверхскоплений галактик.
Какие еще тайны Вселенной вас интересуют? Давайте обсудим их с участниками нашего Telegram-чата.
Сверхскопления галактик и великие стены
Если в сверхскоплении насчитывается больше 100 тысяч галактик, то такое сверхскопление называется Ланиакеей, что в переводе с гавайского языка означает “необъятные небеса”. Красивое название, правда? В диаметре Ланиакея достигает 500 миллионов световых лет. А чтобы вы лучше могли представить себе ее масштабы, напомним, что диаметр галактики Млечный Путь составляет около 100 тысяч световых лет.
Ланиакея и ближайшее сверхскопление галактик Персея-Рыб выглядят примерно так
Таким образом, космическая сеть состоит из взаимосвязанных нитей сгруппированных галактик и газа, растянутых по всей Вселенной и разделенных гигантскими пустотами. Самой большой из обнаруженных на сегодняшний день структур является Великая стена Геркулес — Северная Корона, которая имеет ошеломляющие 10 миллиардов световых лет в диаметре и содержит несколько миллиардов галактик. Что касается войдов, то самым большим является войд КВС, названный в честь астрономов Кинана, Баргера и Коуи. Диаметр КВС составляет 2 миллиарда световых лет.
Еще больше новостей о самых разных открытиях из мира науки вы найдете на нашем канале в Яндекс.Дзен.
В целом, эти особенности придают Вселенной немного пенистый вид. Однако, стоит уменьшить масштаб, как этот паттерн исчезает, и Вселенная напоминает однородный кусочек галактик. У астрономов есть восхитительное название для этой внезапной однородности — Конец Величества (End of Greatness). В меньших масштабах, однако, мы можем увидеть структуру Вселенной. Но как появилась эта структура?
Все началось с Большого взрыва
Около 14 миллиардов лет назад Большой взрыв породил нашу Вселенную. В ранней вселенной невероятно маленькие пары частиц и античастиц спонтанно возникали и уничтожали друг друга. Таким образом, само пространство словно «кипело». Обычно эти пары частиц разрушают друг друга, но быстрое расширение ранней вселенной предотвратило это. По мере расширения пространства эти колебания также увеличивались, став причиной расхождения в плотности Вселенной.
Посмотрите видео ниже, чтобы лучше понять настоящие размеры Вселенной
Поскольку материя притягивает материю под действием силы гравитации, эти расхождения объясняют, почему материя “слипается” в одних местах, а не в других. Однако это не полностью объясняет структуру космической паутины. В первые 10-30 секунд после Большого взрыва Вселенная была полна первичной плазмы, слипшейся воедино из-за вышеупомянутых расхождений. Когда этот материал слипался, он создавал давление, которое противодействовало гравитации, создавая рябь, подобную звуковой волне. Физики называют эти пульсации барионными акустическими колебаниями. Проще говоря, эта рябь является продуктом обычной материи и темной материи. Как известно, темная материя — это самая загадочная структура во Вселенной. В целом, эти и множество других процессов, таких как взаимодействие обычной и темной материи породили космическую паутину, которая составляет собой структуру Вселенной.
Конечно, существует множество других процессов, которые повлияли на космическую паутину, но об этом мы расскажем вам в другой раз. В конце-концов, от описанного выше может немного кружится голова. Как бы не старались, мы не в силах осознать подобные масштабы Вселенной. При этом, понимание того, где мы с вами все-таки находимся, может помочь взглянуть на мир немного иначе.
Источник
Что происходит с паутиной и пауками в космосе?
Чего только нет в космосе, точнее, на борту Международной космической станции (МКС). Помимо астронавтов и разнообразных бактерий, над которыми исследователи проводят эксперименты, МКС может похвастаться собственной паутиной. Впервые сотрудники Национального космического агенства NASA отправили пауков в космос еще в 1970-х годах. С тех пор были проведены серии экспериментов, но успехом увенчался, как это часто бывает, эксперимент незапланированный. Как оказалось, один из пауков, помещенных в контейнер и доставленных на МКС, сумел сбежать. Побег крошечного членистоногого вырос в череду увлекательных экспериментов, которые позволили ученым увидеть, как пауки приспосабливаются к жизни в условиях микрогравитации. Находясь на земле, пауки плетут ассиметричные паутины, центр которых смещен к верхнему краю. Это происходит потому, что во время отдыха пауки висят головой вниз, а под действием силы тяжести могут подбежать к добыче быстрее. Но что происходит в космосе?
В нашем стремлении понять окружающий мир и Вселенную, мы, земляне, отправляем на МКС практически все – от слизи до роботов и пауков.
Что пауки делают в космосе?
Как думаете, будет ли паутина, сплетенная на МКС и паутина, сплетенная на Земле одним и тем же видом пауков, одинаковой? Недавно в научном журнале Science of Nature было опубликовано исследование, согласно результатам которого пауки смогли приспособиться к условиям микрогравитации и научились плести паутину в таких необычных условиях. Но обо всем по порядку.
Впервые наши членистоногие друзья оказались на борту космического ковчега в 2008 году. Отмечу, что основная цель отправки пауков в космос заключается в изучении их способности плести паутину – как в космосе, так и на Земле. Наблюдение за парой пауков, успешно перенесших полет в контейнерах, должно было помочь исследователям понять механизмы, отвечающие у этих животных за плетение паутины. Вот только сети, сплетенные в космосе, больше напоминали спутанный клубок ниток, чем нормальную паутину.
Гравитация играет значительную роль в поведении животных на Земле. Эта знакомая всем нам сила направляет рост корней растений и играет решающую роль в танце пчел.
Вот такое паутинное безумие получилось у первой пары пауков, прибывших на борт МКС.
Так как в 2008 году паукам удалось создать только запутанную паутину, она не давала ученым никакого представления о том, как микрогравитация влияет на этих животных. Следующий эксперимент стартовал спустя три года – в 2011 году, однако никаких революционных открытий после отправки пауков на борт МКС и их изучения, сделано не было. Все изменилось, как вы, вероятно, догадались в 2020 году.
Хотите всегда быть в курсе последних открытий из мира популярной науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Google News, чтобы не пропустить ничего интересного!
Космическая паутина
В ходе последнего исследования на МКС были доставлены золотые шелковые пауки-ткачи (tricho nephila clavipes) или банановые пауки. Животные содержались отдельно друг от друга, а не вместе, как было в ходе предыдущих экспериментов, не увенчавшихся успехом. На протяжении двух месяцев исследователи вели пристальное наблюдение за членистоногими, используя камеры, которые делали снимки каждые пять минут. Интересно, что оба паука содержались отдельно друг от друга – каждый в своем контейнере, при этом два паука одного и того же вида содержались в одинаковых условиях на Земле.
По словам авторов научной работы, отсмотрев около 14 500 изображений, на которых пауки перемещались между примерно сотней паутин, им наконец удалось получить все необходимые для исследования данные. Полученные результаты показали, что космические паучьи сети действительно были более симметричными в космосе, чем на Земле, однако ряд паутин был асимметричным только когда был включен свет. Это означает, что вместо гравитации пауки в качестве ориентира во время плетения паутины использовали свет.
Ученые обнаружили, что пауки в космосе могут адаптировать свои навыки плетения паутины, используя вместо гравитации свет в качестве своего проводника.
Как оказалось, паутину можно плести даже в отсутствие гравитации.
Авторы исследования, как пишет The Independent, считают, что свет позволи паукам понять где верх и низ, помогая им создавать паутину. Золотые шелковые ткачи обычно помещают центр паутины рядом с верхним краем, а сами смотрят вниз, пользуясь гравитацией для поимки своих жертв.
«Мы никогда бы не догадались, что свет будет играть определенную роль в ориентации пауков в космосе», — сказал Самуэль Цшокке из Базельского университета. «Нам очень повезло, что лампы были прикреплены в верхней части камеры, а не с разных сторон. Иначе мы не смогли бы обнаружить влияние света на симметрию паутины в невесомости».
Исследователи также отмечают, что ткачи плели симметричные сети на МКС, но только при выключенном свете. А вот когда свет включали, пауки могли использовать свое зрение вместо чувства тяжести, чтобы придать паутине нужное направление. В результате, когда астронавты оставляли включенными лампочки в камере пауков, паутина выглядела нормально. Более того, пауки даже висели вдали от центров своих паутин, как они это делают на Земле.
Источник
Божьи мельницы: как было открыто вращение самых больших структур во Вселенной
Поговорку «Хочешь жить, умей вертеться» мог бы придумать астроном. Вокруг своей оси вращаются планеты, звезды, некоторые галактики и многие другие объекты. Теперь же ученые неожиданно обнаружили вращение самых больших в космосе структур — нитей, составленных из галактик и вытянутых на сотни миллионов световых лет.
В космической паутине
Когда Вселенная возникла в результате Большого взрыва, она была очень однородной. Ни одну точку новорожденного космоса нельзя было отличить от любой другой. Существовали лишь крошечные различия в плотности материи. Эти мизерные уплотнения стали зародышами грандиозной космической структуры, наблюдаемой сегодня. Ведь там, где больше плотность вещества, сильнее гравитация. А гравитация притягивает окружающую материю, и в результате плотность становится еще больше. Это замкнутый круг, из-за которого изначально крошечная неоднородность растет, как снежный ком.
Впрочем, материя Вселенной собралась не в сферические комья, а в более причудливый узор. Сначала она образовала плоские широкие стены, похожие на блины (они так и называются — «блины Зельдовича»). Потом вещество стянулось от центра каждого «блина» к его краям. Так возникла колоссальная космическая паутина, которую мы наблюдаем сегодня. Она образована нитями (они же волокна и филаменты), состоящими из галактик или скоплений галактик (вопрос, что называть скоплением, достаточно тонкий). Длина этих нитей измеряется сотнями миллионов световых лет, а диаметр — «всего» миллионами. Для сравнения: диаметр Млечного Пути — порядка 100 000 световых лет. Промежутки между нитями образуют так называемые войды (пустоты), в которых галактик практически нет.
Итак, сперва однородная масса разделилась на плоские стены, а потом стены стянулись к краям, собравшись в тонкие нити. Но история скучивания вещества неугомонной гравитацией на этом не закончилась. На наших глазах галактики стекаются к перекрестьям нитей. Волокна космической паутины — это огромные реки. Они текут к гигантским скоплениям галактик, образовавшимся на пересечении волокон. Возможно, когда-нибудь (нескоро даже по астрономическим меркам) материя окончательно стянется в сферические комки, и впечатляющая паутина Вселенной перестанет существовать.
Голова кругом
Не стоит думать, что каждая галактика дисциплинировано движется вдоль космического волокна, словно автомобиль в полосе автомагистрали. На самом деле у каждого «звездного острова» своя траектория. Индивидуальные движения накладываются на общее упорядоченное течение, внося в него долю хаоса. Однако за вычетом этого беспорядка галактики движутся вдоль космических нитей, словно вода в реке вдоль русла. Во всяком случае, так гласит простейший вариант теории, и до сих пор у специалистов не было оснований считать иначе.
Однако в 2020 году был опубликован препринт любопытной теоретической работы. Ее авторы утверждали, что галактики внутри космической нити могут двигаться по винтовой линии. Они словно отслеживают форму огромной пружины, винтовой лестницы или спирали ДНК. Такое движение с некоторой натяжкой можно назвать вращением космической нити вокруг своей оси. Исследователи проиллюстрировали этот процесс специальной анимацией.
Эта гипотеза заинтересовала команду ученых из Германии, Китая и Эстонии.
«Руководствуясь предположением теоретика доктора Марка Нейринка о том, что волокна могут вращаться, мы исследовали наблюдаемое распределение галактик в поисках вращения волокон», — рассказывает соавтор статьи в Nature Astronomy Ноам Либескинд из Потсдамского астрофизического института.
Исследователи использовали данные обзора SDSS, в котором содержались наблюдения за сотнями тысяч галактик. Авторы нанесли на карту тысячи нитей космической паутины, для каждого волокна была прочерчена продольная ось. Затем астрономы тщательно сравнили спектры галактик, расположенных по разные стороны оси. Их интересовало так называемое красное и синее смещение. Эта характеристика позволяет узнать, удаляется объект от наблюдателя или приближается к нему, и с какой скоростью.
Чтобы понять, что увидели исследователи, возьмите вытянутый предмет (например, ручку, хотя эффект будет заметнее на плоском объекте вроде смартфона). Поднимите его на уровень глаз и медленно поверните вокруг продольной оси. Окажется, что одна сторона вращающегося предмета удаляется от ваших глаз, а другая приближается к ним. Именно это и обнаружили специалисты, отследив движение составляющих волокна галактик относительно наблюдателя. Другими словами, они обнаружили вращение волокон вокруг своей оси.
Конечно, реальные траектории «звездных островов» далеки от идеальной винтовой линии. Это вращение — скорее общий компонент в дрейфе множества галактик, который останется, если убрать их индивидуальные движения. Последние могут и преобладать, делая вращение незаметным. В целом авторы вовсе не утверждают, что вращается каждое волокно в паутине Вселенной. Скорее, вращаются лишь некоторые (наименее «бурлящие») из них. Но это уже само по себе — крупное во всех смыслах открытие.
«Эти фантастические нити материи вращаются, несмотря на то, что они являются тонкими цилиндрами — по соотношению габаритов похожими на карандаши — длиной в сотни миллионов световых лет, но всего несколько миллионов световых лет в диаметре, — комментирует Либескинд. — В этих масштабах сами галактики внутри них — просто пылинки. Они движутся по винтовым линиям, или штопорообразным орбитам, вращаясь вокруг середины нити, но в то же время путешествуя вдоль нее. Подобное вращение никогда раньше не наблюдалось в таких огромных масштабах, и, следовательно, должен существовать пока неизвестный физический механизм, ответственный за вращение этих объектов».
Называя механизм неизвестным, эксперт осторожничает. В теоретической работе группы Нейринка, с которой все началось, винтовое движение галактик в нитях порождается гравитацией колоссальных скоплений галактик, расположенных на концах волокна. Анализируя данные каталога SDSS, Либескинд и его коллеги обнаружили важное свидетельство того, что так и есть: выяснилось, что чем массивнее эти скопления, тем заметнее вращение нити. Это, кстати, один из главных аргументов за то, что обнаруженное движение галактик реально. Будь эффект следствием какой-нибудь погрешности, вкравшейся в сбор или обработку данных, не было бы причин для взаимосвязи между вращением нити и массой скоплений на ее концах.
Впрочем, астрофизикам только предстоит выяснить детали механизма, приводящего в движение структуры, рядом с которыми галактики — просто пыль. Пока остается без ответа и самый интригующий вопрос: влияет ли это вращение на жизнь галактик, звезд и разумных существ.
Мнение редакции может не совпадать с точкой зрения автора
Источник