Этот невероятный кластер может стать самой массивной структурой в нашей Вселенной
Заглянув на миллиарды световых лет назад, когда возраст Вселенной составлял всего 10 процентов от нынешнего. Астрономы заметили колоссальное скопление: 14 молодых, галактик, слившихся в одну из самых массивных структур.
Используя некоторые из самых мощных телескопов, работающих в настоящее время, международная исследовательская группа обнаружила чрезвычайно плотную концентрацию горячих галактик, которые притягиваются друг к другу.
В конечном итоге мега кластер образует скопление галактик, гравитационно связанных темной материей и в конечном итоге сливающихся в одну гигантскую галактику.
Этот этап слияния называется протокластером, и это необычная находка.
«Поймать массивный кластер галактик в муках образования, само по себе впечатляющее достижение», — сказал Скотт Чепмен, астрофизик из Университета Далхаузи, один из авторов новой публикации, опубликованной в Nature.
«Но тот факт, что это происходит так рано в истории Вселенной, представляет собой серьезную проблему для нашего современного понимания того, как формируются структуры во Вселенной».
Протокластер, названный SPT2349-56, находится на расстоянии 12,4 миллиарда световых лет от нас и формирует звезды с яростной скоростью — до 1000 раз быстрее, чем Млечный Путь.
SPT2349-56 впервые рассматривался как слабое пятно света, отображаемое телескопом South Pole Telescope в 2010 году, но это было достаточно необычно, чтобы гарантировать дальнейшее исследование с чем-то более мощным.
Затем для более эффективного изображения объекта в более высоком разрешении использовались телескопы Atacama Pathfinder Experiment (APEX) Европейской южной обсерватории (ESO) Atacama Large Millimeter Array (ALMA) и Atacama Pathfinder Experiment (APEX).
«Эти открытия ALMA являются лишь верхушкой айсберга. Дополнительные наблюдения с помощью телескопа APEX показывают, что реальное число звездообразующих галактик, вероятно, в три раза выше», — сказал астроном ESO Карлос Де Брейк.
Статья о SPT2349-56 была опубликована в журнале Nature.
Источник
Что представляют собой гигантские космические структуры?
Хотя это может казаться неочевидным, галактики не просто случайным образом распределены во Вселенной. Вместо этого они сгруппированы в большие нити, разделенные гигантскими пустотами пространства. Каждая нить в основном представляет собой стену галактик, простирающуюся на сотни миллионов световых лет. Интересно, что одну из самых больших структур в известной Вселенной астрономы обнаружили совсем недавно, а ведь это гигантская стена галактик длиной около 1,4 миллиарда световых лет! Учитывая, насколько близко к нам находится это массивное сооружение, удивительно, что ученые не замечали его раньше. В течение последних десяти лет международная группа астрономов во главе с Брентом Талли из Института астрономии Гавайского университета занималась составлением карт распределения галактик вокруг Млечного Пути. Астрономы назвали эту недавно определенную структуру «Стеной Южного полюса», которая находится за пределами Ланиакеи – огромного сверхскопления галактик, включая нашу собственную.
Наша Галактика быстро движется к массивной области космического пространства – Великому аттрактору.
Вселенная в больших масштабах
В самых больших масштабах Вселенная выглядит как огромная космическая паутина. Звезды соединяются в галактики, которые группируются в галактические группы. Многие группы, связанные вместе, приводят к скоплениям галактик, и иногда кластеры сливаются вместе, создавая еще более крупные кластеры. Многие скопления вместе, охватывающие сотни миллионов или даже миллиарды световых лет в поперечнике, по-видимому, образуют самые большие структуры из всех: сверхскопления.
Наше собственное сверхскопление – Ланиакея – состоит примерно из 100 000 галактик, более чем в 10 раз богаче, чем самые крупные известные скопления. Однако эти сверхскопления только кажутся структурами. По мере старения Вселенной отдельные компоненты сверхскоплений раздвигаются, показывая, что они все-таки не являются истинными структурами.
Ланиакея и соседнее сверхскопление галактик Персея-Рыб. Изображение: nature.com
Горячее море материи и излучения, будучи плотным и расширяющимся, со временем остывает. В результате, в течение достаточно долгого времени будут формироваться атомные ядра, нейтральные атомы и, в конечном итоге, звезды, галактики и их скопления. Непреодолимая сила гравитации делает это неизбежным, благодаря ее воздействию как на обычную (атомную) материю, которую мы знаем, так и на темную материю, заполняющую нашу Вселенную, природа которой до сих пор неизвестна.
Еще больше увлекательных статей о последних открытиях в области астрономии и астрофизики, читайте на нашем канале в Яндекс.Дзен. Там регулярно выходят статьи, которых нет на сайте!
За пределами Млечного Пути
Когда мы смотрим во Вселенную – за пределы нашей галактики, эта картина имеет огромное значение. По крайней мере, так кажется на первый взгляд. В то время как многие галактики существуют изолированно или сгруппированы в коллекции только из нескольких, во Вселенной также существуют огромные гравитационные «колодцы», которые притягивают сотни или даже тысячи галактик, создавая огромные скопления.
Довольно часто в центре находятся сверхмассивные эллиптические галактики, причем самая массивная из обнаруженных на сегодня показана ниже: это IC 1101, она более чем в тысячу раз массивнее нашего собственного Млечного Пути.
Самая массивная галактика из известных – IC 1101 – выглядит так.
Так что же больше скопления галактик? Сверхскопления – это скопления скоплений, соединенных большими космическими нитями темной и нормальной материи, гравитация которых взаимно притягивает их к их общему центру масс. Вы не были бы одиноки, если бы думали, что это всего лишь вопрос времени – то есть времени и гравитации – когда все скопления, составляющие сверхскопление, сольются вместе. Когда это произойдет, мы, в конечном итоге, сможем наблюдать единую связанную космическую структуру беспрецедентной массы.
Местная группа галактик
В нашем собственном районе местная группа, состоящая из Андромеды, Млечного Пути, Треугольника и, возможно, 50 меньших карликовых галактик, находится на окраине сверхскопления Ланиакея. Наше местоположение помещает нас примерно в 50 000 000 световых лет от основного источника массы: массивного скопления Девы, которое содержит более тысячи галактик размером с Млечный Путь. По пути можно найти много других галактик, групп галактик и небольших скоплений.
В еще больших масштабах скопление Девы является лишь одним из многих в той части Вселенной, которую мы нанесли на карту, наряду с двумя ближайшими: скоплением Центавра и скоплением Персея-Рыб. Там, где галактики наиболее сконцентрированы, представляют собой самые большие скопления массы; там, где линии соединяют их вдоль нитей, мы находим «нити» галактик, похожие на жемчужины, слишком тонкие на ожерелье; и в больших пузырьках между нитями мы находим огромную недостаточную плотность материи, поскольку эти области отдали свою массу более плотным.
Млечный Путь окружают другие, более мелкие галактики.
Если мы посмотрим на наше собственное окружение, то обнаружим, что существует большая коллекция из более чем 3000 галактик, которая составляет крупномасштабную структуру, включающую нас, Деву, Льва и многие другие окружающие группы. Плотное скопление Девы – самая большая его часть, составляющая чуть более трети общей массы, но в нем есть много других концентраций массы, включая нашу собственную локальную группу, соединенных вместе невидимой силой гравитации и невидимыми нитями темной материи.
Великая тайна
Здорово, правда? Вот только на самом деле эти структуры не настоящие. Они не связаны друг с другом и никогда не станут таковыми. Однако сама идея существования сверхскоплений и название для нашего – Ланиакея – будут сохраняться в течение длительного времени. Вот только назвав объект, реальным его не сделаешь: через миллиарды лет все различные компоненты будут просто разбросаны все дальше и дальше друг от друга, и в самом отдаленном будущем нашего воображения они исчезнут из поля зрения. Все это из-за того простого факта, что сверхскопления, несмотря на их названия, вовсе не являются структурами, а просто временными конфигурациями, которым суждено быть разорванными расширением Вселенной.
Источник
Открыт закон эволюции галактических кластеров
Исследователи постоянно делают важные открытия, касающиеся эволюции галактических скоплений.
В настоящее время международное сотрудничество между Ятака Фуджита (Yutaka Fujita) из Университета Осаки и исследователями из Тайваня, Италии, Японии и США привело к обнаружению нового фундаментального закона, который объясняет эволюцию галактических скоплений. Недавно они опубликовали результаты своего исследования в Astrophysical Journal. Хочешь стать астрономом и публикваться в научных журналах? Тогда скорее получай высшее образование в московском ВУЗе и изучай нашу Вселенную.
Галактические кластеры являются самыми большими космическими объектами во Вселенной. Однако до сих пор астрономам очень трудно точно измерить их размер и массу, поскольку они в основном состоят из тёмной материи, которую мы не можем наблюдать напрямую. Один из способов косвенного наблюдения за тёмной материей – это использование эффекта гравитационного линзирования, который основан на теории относительности Эйнштейна. Световые лучи от фоновой галактики искажаются под действием силы тяжести кластера, когда они проходят через него. Если мы можем измерить искажение формы нескольких фоновых галактик, то мы можем определить и гравитационное поле кластера, следовательно, мы можем точно измерить его размер и массу.
“Одна из основных трудностей в наших исследованиях, – объясняет Кейити Умецу (Keiichi Umetsu) Института Астрономии и Астрофизики на Тайване, – заключается в том, что нам необходимы точные измерения этих искажений”.
Чтобы решить эту проблему, исследовательская группа использовала данные космического телескопа Хаббл (НАСА) и телескопа Subaru, который принадлежит Национальной астрономической обсерватории Японии.
В сочетании с данными о температуре газа от рентгеновского телескопа Чандра астрономы обнаружили, что скопления галактик описывается простым законом, который зависит только от размеров, массы и температуры газа в кластерах. Более того, полностью используя компьютерное моделирование, они выяснили, что скопления растут в течении 4-8 миллиардов лет. Теоретически закон означает, что наблюдаемые гигантские кластеры всё ещё находятся в подростковом возрасте.
“Мы обнаружили закон, который описывает рост галактических скоплений”, – отметил Фуджита.
Закон настолько прост, что мы можем использовать его для калибровки наблюдаемых отношений, которые являются ключевым элементом изучения космологических законов Вселенной.
Новое исследование приблизило учёных к объяснению эволюции кластеров и Вселенной в целом.
Источник
Новое в блогах
Галактический кластер
Галактический кластер 1E 0657-56 – один из тех, что увлечены таинственным течением. Направление потока – в сторону небольшого участка неба между созвездиями Центавр и Паруса.
Колоссальный поток скоплений галактик, удалённый от нас на 3 миллиарда световых лет, простирающийся на сотни мегапарсек и бегущий со скоростью порядка тысячи километров в секунду, являет собой огромный след от взаимодействия нашей Вселенной с другой вселенной. К такому выводу подводят работы двух групп астрофизиков и космологов.
В прошлом году Александр Кашлинский (Alexander Kashlinsky) и его коллеги из космического центра Годдарда обнаружили гигантских размеров поток галактических кластеров, несущихся на огромной скорости в одном направлении. Это загадочное явление вселенских масштабов получило название «Тёмный поток» (Dark flow), по аналогии с двумя другими тайнами космоса — тёмной материей и тёмной энергией.
Если наше пространство представить в виде стола, а видимую материю — в виде лужиц воды на нём, то похоже, что нашу Вселенную кто-то слегка наклонил.
Позднее несколько специалистов высказали сомнения в корректности вычислений Александра и его команды, поставив под вопрос само существование потока. Критика продолжается и сейчас. Однако в свежей работе Кашлинский и ряд учёных из США, Испании и Британии невозмутимо сообщают, что получили дополнительное подтверждение реальности феномена и вычислили новые его параметры.
Авторы исследования обобщили данные, собранные за пять лет зондом WMAP, снимающим реликтовое излучение. На картину последнего влияет как ранняя история Вселенной, так и наличие больших скоплений материи в современную эпоху (эффект Сюняева – Зельдовича — SZ effect). Потому, анализируя микроволновый фон, можно вычислять распределение и перемещение галактических кластеров по небу. В новой работе их число превысило тысячу.
Кашлинский по-прежнему утверждает, что аномалия, вероятно, вызвана неравномерной структурой самого пространства-времени в период перед космической инфляцией (Cosmic inflation), то есть в первые мгновения после рождения нашего мира. Это противоречит логичному представлению, что любые флуктуации в том новорождённом сверхплотном образовании, которое стремительно раздулось, образовав видимый мир, должны быть хаотичными, случайными и потому не могут иметь каких-то предпочтительных «направлений».
При этом, добавляют исследователи, увеличенная благодаря расширению Вселенной эта странная неравномерность, в одной из возможных своих интерпретаций, может представлять собой окно, позволяющее заглянуть в ландшафт мультивселенной (Multiverse).
И в любом случае выходит, что колоссальный поток кластеров – это след от воздействия чего-то, что ныне находится за пределами теоретически возможного наблюдения.
Как следует из ещё одной свежей работы, если гипотеза мультивселенной верна, количество образовавшихся некогда вселенных просто чудовищно велико. Перед периодом космической инфляции, то есть процессом, который в одном из вариантов картины мироздания и разделил всё эти вселенные, они могли взаимодействовать между собой.
О возможности такого хода событий рассуждает вторая исследовательская группа под руководством космолога Лауры Мерсини-Хаутон (Laura Mersini-Houghton) из университета Северной Каролины (UNC).
Она утверждает, что за рождение тёмного потока ответственна квантовая сцепленность (Quantum entanglement) нашей Вселенной и вселенной-соседки.
По аналогии с квантовой запутанностью разлетающихся в разные стороны субатомных частиц сцепленность двух сестринских вселенных может быть упрощённо представлена как наличие некой силы, простирающейся из-за горизонта нашего мира и оказывающей влияние на крупномасштабное распределение галактических кластеров.
Само же запутывание произошло в первый миг после Большого взрыва, в момент, когда будущие вселенные представляли собой ещё крошечные «пузыри» вакуума, соседствующие друг с другом. И тут важно пояснить, что даже при принятии гипотезы мультивселенной учёным ещё приходится выбирать между разными вариациями, объясняющими – что же это такое.
Согласно классификации космолога Макса Тегмарка (Max Tegmark) из Массачусетского технологического института, всё, что существует за пределами наблюдаемой Вселенной, может быть разделено на четыре иерархических уровня, каждый из которых отражает всё большее отличие «загоризонтного мира» от нашего. Эти уровни построены так, что вложены один в другой.
1 – обычный мир (с теми же законами), но лежащий за пределами нашего космического горизонта, иначе говоря, за границами нашего объёма Хаббла (Hubble volume), главное отличие – начальные условия и, как следствие, распределение материи. Об объёме Хаббла мы подробнее ещё скажем. 2 – множество вселенных-пузырей, разделившихся в процессе космической инфляции и различающихся физическими константами, элементарными частицами и, быть может, даже размерностью. 3 – многомировая интерпретация квантовой механики (в одной вселенной кот Шрёдингера жив, в другой – мёртв). 4 – конечный ансамбль (Ultimate Ensemble) – совокупность всего, что только возможно, собрание групп вселенных, отличающихся законами физики или математическими уравнениями, по которым они построены.
Объём Хаббла — это сфера, за пределами которой объекты вследствие расширения Вселенной удаляются от наблюдателя, опережая скорость света. Иногда термин «Объём Хаббла» применяют как синоним «наблюдаемой Вселенной», хотя это не строго идентичные понятия.
Фактически мир можно представить как бесконечную совокупность объёмов Хаббла, и каждый из них в некотором смысле – своя вселенная (помните четыре уровня Тегмарка?). Однако, прежде чем объёмы разошлись, они взаимодействовали, и отпечаток этого взаимодействия – аномалии в крупномасштабном распределении материи в наблюдаемом нами мире.
Об этом и пишет Лаура в своей работе. Образно говоря, «давление» новорождённых вселенных – мыльных пузырей друг на друга привело к силам, которые сгенерировали огромные неравномерности в распределении галактических кластеров в нашей собственной Вселенной.
Визуализация трёхмерной структуры Вселенной, видимой с нашей позиции (центр круга), фактически перед нами визуализация объёма Хаббла. Пятнышки света – это не галактики и даже не их скопления, а скопления скоплений галактик – суперкластеры (supercluster) – самые большие известные структуры в космосе. Масштабная линейка равна миллиарду световых лет. Наш дом здесь обозначен как Сверхскопление Девы (Virgo Supercluster) – это система, включающая десятки тысяч галактик, в том числе нашу собственную – Млечный Путь (иллюстрация Richard Powell).
Если это предположение Мерсини-Хаутон верно, выходит, что данные, извлечённые из микроволнового фона, впервые в истории могут предоставить нам информацию о чём-то, лежащем ныне за пределами нашего мира, и принести доказательства, что он — только малая часть куда более масштабной реальности.
Тут надо отметить, что открытая в 2007-м громадная дыра во Вселенной (WMAP Cold Spot) была несколькими месяцами ранее предсказана на кончике пера именно командой Мерсини-Хотон, и именно в русле описанной выше гипотезы.
Столь необычный объект (вернее, отсутствие в этом обширнейшем регионе космоса чего бы то ни было, за исключением, быть может, тёмной энергии) Лаура объясняет схожим образом, что и возникновение тёмного потока: отпечатком взаимодействия между нашей Вселенной и вселенной-соседкой или сестрой, учитывая совместное их рождение.
Однако эта версия механизма генерации WMAP Cold Spot оспаривается некоторыми учёными и считается альтернативной. Как является предметом дискуссии и «мультивселенская версия» рождения тёмного потока (его, что интересно, Мерсини-Хаутон тоже предсказала за пару лет до открытия).
Две новые работы космологов – лишь первые попытки приоткрыть завесу тайны над этой вселенской рекой. Александр, Лаура и их соратники полагают, что её течение может вынести наш кораблик познания к берегам абсолютно неизведанным.
Источник