Глава 6. Крупномасштабная структура Вселенной и ее происхождение

§6.1. Крупномасштабная структура Вселенной

Основными единицами крупномасштабной структуры Вселенной являются галактики, в которых собрано подавляющее большинство звезд. Галактики, как правило, также не встречаются поодиночке, они входят в состав разного рода систем. Наменьшими среди них являются группы галактик: системы размера порядка нескольких десятков миллионов световых лет, в состав которых входят несколько десятков галактик, из которых только одна-две крупные. Примером является Местная группа галактик, куда входят две гигантские спирали наша Галактика (Млечный Путь) и Туманность Андромеды (М31), а также около 30 карликовых галактик, в основном спутников нашей Галактики и М31.

Значительно больше по размеру скопления галактик, где в области размерами около 50 млн. световых лет располагается вплоть до нескольких тысяч галактик; именно скопления галактик являются наибольшими гравитационно-связанными системами во Вселенной. Примерами скоплений являются Virgo — ближайшее к нам скопление, видимое в направлении созвездия Девы, и Coma — гигантское скопление галактик в созвездии Волосы Вероники (рис. 6.1.1).

Наконец, существуют и сверхскопления галактик. Эти системы по форме напоминают ленты или цепочки длиной в несколько сотен миллионов световых лет, в состав которых входят десятки скоплений галактик и сотни групп; эти цепочки сосредоточены в основном внутри плоских слоев, между которыми находится пространство, практически свободное от галактик. Таким образом, в очень больших масштабах Вселенная имеет ячеистую структуру, напоминающую “ноздреватую” структуру хлеба. Эти ячейки проявляются в проекции распределения галактик на небесную сферу, но особенно наглядно они заметны при построении карт, показывающих распределение галактик в пространстве (рис. 6.1.2). Заметим, что, в отличие от групп и скоплений галактик, сверхскопления не являются гравитационно-связанными системами, они принимают участие в космологическом расширении.

Примером сверхскопления является Местное сверхскопление галактик, в состав которого входит Местная группа галактик, скопление Virgo и огромное количество других систем. Любопытно, что о существовании этой гигантской системы догадывался еще великий английский астроном XIX века Вильям Гершель, установивший, что большинство ярких галактик концентрируются на небе к большому кругу. Это как раз и говорит о том, что наша Галактика находится внутри огромного плоского сверхскопления, наблюдаемого нами в проекции на небесную сферу в виде своеобразного "млечного пути галактик". Как показал американский астроном Брент Талли, Местное сверхскопление состоит из нескольких огромных вытянутых облаков галактик.

Между сверхскоплениями располагаются огромные полости с пониженной концентрацией галактик. Существует иерархия этих полостей: маленькие полости, окаймленные слабыми, карликовыми галактиками, вложены в полости побольше, те — в полости еще большего размера. Наибольшие известные полости имеют размер порядка 500 млн. световых лет.

Есть ли предел у этой лестницы структур? В прошлом многие ученые предполагали, что Вселенная устроена подобно матрешке: каждая материальная система входит в состав системы более высокого уровня. Если бы это было так, это означало бы нарушение космологического принципа, поскольку какой бы объем пространства мы бы не рассматривали, всегда существовало бы выделенное направление — направление к центру ближайшей системы более высокого уровня. Однако эта точка зрения, по всей видимости, опровергается наблюдательными данными. Самым главным из них является изотропия реликтового излучения. Заметим, что фоновое излучение в рентгеновском диапазоне, испускаемое удаленными объектами типа квазаров, горячего межгалактического газа и т.д., также показывает высокую степень изотропии. И хотя близкие галактики концентрируются к плоскости Местного сверхскопления (а еще более близкие — к скоплению Virgo), распределение делеких галактик показывает очень высокую степень изотропии (рис. 6.1.3).

Этот вывод подтверждается и самым большим на сегодняшний день обзором красных смещений галактик - The 2dF Galaxy Redshift Survey. Изучение этого обзора показало, что сверхскопления галактик - наибольшие структуры в обозримой части Вселенной, что полностью соответствует космологическому принципу. Добавим, что данные этого обзора были получены совсем недавно - летом 2000 года.

Наконец, непосредственные подсчеты галактик указывают на то, что чем больше характерный размер системы галактик (группы, скопления, сверхскопления), тем слабее эта система выделена из окружающего фона. Например, системы с размером более 100 Мпк имеют плотность, лишь на несколько процентов превышающую среднюю плотность Вселенной. Это как раз и говорит о том, что с увеличением масштаба Вселенная стремится к однородности и изотропии, в полном соответствии с космологическим принципом. Обычно считается, что переход от структурированности к однородности и изотропии совершается на масштабах порядка полумиллиарда световых лет. Как уже было сказано выше, если мы возьмем куб с ребром такого размера, то число звезд и галактик внутри него окажется примерно одинаковым, в какую бы часть Вселенной мы этот куб не поместили. В видимой части Вселенной может поместиться несколько тысяч таких кубов.