Космос для не космонавтов

На сегодня существует два способа расчёта постоянной Хаббла. Согласно первому, основанному на методе «стандартных свечей» (Yijung Kang, 2020), Вселенная расширяется с ускорением в 74 км/с на один мегапарсек. Второй способ, основанный на измерениях уровня реликтового излучения, даёт величину постоянной Хаббла около 67,4 км/с на один мегапарсек. Независимо от количества и качества исследований, основанных на каждом из этих способов, разница всегда одна и та же. Именно эта разница чаще всего служит поводом для разговоров о «новой физике». Причём в пользу её существования учёные стали более активно высказываться, когда появились данные о микроволновом фоне с космической обсерватории Планк. Эти данные в очередной раз подтвердили разницу.

Почему это так важно?

Определение ускорения (или даже просто его наличия), с которым расширяется Вселенная, имеет первостепенное значение для понимания её энергетического баланса или проверки ключевых компонентов стандартной космологии, таких как обоснованность общей теории относительности на космологических масштабах.

Лукас Ломбрайзер – профессор кафедры теоретической физики университета Женевы – в одной из своих работ утверждает, что согласовать разницу в получаемых значениях постоянной Хаббла можно в том случае, если наша Вселенная представляет собой «пузырь» с пониженной плотностью материи относительно внешнего пространства (Lucas Lombriser, 2020).

По его расчётам, для согласования получаемой разницы постоянной Хаббла при размере нашего «пузыря» около 250 млрд световых лет в диаметре плотность материи в нём должна быть вдвое ниже средней плотности внешней части Вселенной.

В целом эта работа может быть подтверждением в пользу хаотической теории инфляции, согласно которой мы живём лишь в одном из множества пузырей, что очень интересно. Но это уже отдельная тема.

Тёмная ли энергия?

Так почему же расширяется Вселенная?

Наиболее правдоподобная из существующих гипотеза утверждает, что это происходит из-за тёмной энергии, имеющей антигравитационное действие. Тёмная энергия заставляет Вселенную существовать, расширяет её с самых первых мгновений. Именно благодаря этой энергии на Земле существует жизнь.

Однако хочу предупредить: концепция тёмной энергии может оказаться ложной. Возможно, она призвана оттянуть момент, когда наука наконец сможет доказать полную несостоятельность этой гипотезы перед открытыми ею фактами. Точно так же, как это некогда произошло с мировым эфиром. Теория эфира одно время всех устраивала и считалась неоспоримой. До тех пор, пока дальнейшие исследования не доказали, что на самом деле никакого мирового эфира нет. И никогда не было.

Как, куда и почему всё движется?

Давайте разберёмся.

Соседкой нашей галактики является галактика Андромеды, которую, к слову сказать, можно увидеть даже невооружённым глазом. Вокруг этого тандема вращаются несколько десятков карликовых галактик (те, которые нам известны). Все вместе они образуют Местную группу галактик. В этой группе на данный момент мы знаем 54 галактики, их размеры превышают десять млн световых лет. Местная группа галактик вместе с примерно сотней таких скоплений составляет сверхскопление Девы размером уже больше 110 млн световых лет.

Совсем недавно, в 2014 году, астрофизики выяснили, что сверхскопление Девы, состоящее примерно из 30 000 галактик, входит в состав гораздо бóльшей структуры, которую назвали «сверхскопление Ланиакея». Но даже это ещё не всё, хотя, уверен, вы уже перестали осознавать масштабы.

Ланиакея вместе с таким же сверхскоплением Персея – Рыб входит в комплекс сверхскоплений Рыб – Кита, который одновременно является галактической нитью – составной частью крупномасштабной структуры Вселенной.

Но знаете, что самое интересное? Наблюдения, проведённые к данному моменту, указывают на то, что все эти структуры не просто хаотически разбросаны по Вселенной, а составляют сложную губкообразную структуру, в которой есть нити, узлы и пустоты (войды).

Есть ещё один факт, на который следует обратить внимание: сверхскопления – это самые крупные образования, которые удерживаются гравитацией от разбегания, несмотря на расширение Вселенной. Распределение сил здесь (очень упрощённо) такое: нити разбегаются в разные стороны под воздействием тёмной энергии. В то же время движение объектов внутри них в бóльшей степени определяется силами гравитационного притяжения. То есть окружающие нас галактики и их скопления настолько сильно связаны гравитацией, что с ними не может справиться расширение Вселенной.

Так куда всё летит? Поиском ответа на этот вопрос занялись специалисты из Еврейского университета в Иерусалиме (Yehuda Hoffman, 2017). В рамках своей работы они собирали и анализировали данные проекта Cosmicflows-2, который измерил расстояния и скорости более 8 000 близлежащих галактик.