Из всех наук, известных человеку, самой загадочной считается астрономия. Она дает больше вопросов, чем ответов и постоянно стимулирует к их поиску. А самый главный вопрос – возникновение и распределение разных форм материи Вселенной. Каким образом и когда произошел Большой Взрыв праматерии? Как формировалась галактика и звезды? Подобных вопросов очень много, и на большинство из них можно ответить, выдвигая теории и предложения.
Если представить, что перед началом сжатия материи она находилась в состоянии относительного рассеивания, могла ли Вселенная в начале собственной эволюции наполниться разномастными типами веществ? Проведенные последние исследования помогают найти ответы на эти вопросы. Проведенные не так давно наблюдения только подтверждают присутствие сверхскоплений галактик и их структур, которые состоят из многих скоплений галактик. Каждое из них, в свою очередь, состоит не только из сотен, но и из тысяч индивидуальных галактик. Ранее ученые и передовые астрономы только предполагали подобную теорию. Все дело в большом парадоксе – в некоторых очень больших участках космоса галактик не было вообще.
Наша команда Kvant.Space может и в то же время не сможет найти ответы на все вопросы, но попробует проверить все теории и предположения. Давайте вместе с Вами попробуем разобраться в глубинах космоса, его строении и загадках сверхскоплений галактик.
Подобные сверхскопления столь огромны, что некоторые их члены, перемещаясь произвольными скоростями, не способны пересечь и половины диаметра всего сверхскопления на протяжении миллиардов лет с момента собственного возникновения. Всем понятно, что сложившиеся историческим путем сверхскопления не имеют аналогов с другими системами. В меньших масштабах изначальное распределение материи было изменено с помощью эволюционного «миксинга». Передовые астрономы питают надежду, что понимание и объяснение этих гигантских конструкций в нашей Вселенной даст ответы относительно процессов развития структуры измерений – от больших галактик к меленьким звездам и планетам.
Сегодня невозможно точно определить человека, который первым выдвинул теорию о том, что галактики могут быть частью более огромных структур – сверхскоплений галактик. Благодаря внегалактической астрономии, наблюдениям в ультрафиолетовых, рентгеновских и инфракрасных участках спектра можно открывать новые, еще доселе неизвестные тайны нашей Вселенной. Главная роль в поиске информации принадлежит телескопам.
Но даже задолго до появления телескопа любопытствующие люди помимо звезд и планет могли наблюдать в ночном небе небольшие туманные образования света. Когда в XIX веке был придуман телескоп, такие туманные образования разделили на отдельные звезды. Сначала выдвигались теории о том, что это самостоятельные звездные системы. Просто они располагались очень далеко от нашей галактики. В 1864 году Джон Гершель стал первым, кто описал эти образования.
В результате верящие астрономы в теорию составления одиноких систем из туманностей начали говорить, что подобные образования могут формировать целые скопления. В 1908 году С. Чарлиер, шведский астроном, озвучил свою идею о «иерархическом» положении скоплений. Были выявлены несколько подобных скоплений, самыми большими из которых являются созвездия Волосы Вероники и Девы. В 22-м году англичанин Рейнолдс понял, что группа «туманностей» проходила от Большой Медведицы прямо к Деве и смогла покрыть свыше 40% северного неба. В середине 20-х годов Э. Хаббл смог доказать единичность этих туманностей. А в 1929 году он опубликовал свое исследование, согласно которому выходило – чем дальше расположена галактика, тем больше ее свет смещается в красноватую сторону спектра.
При помощи вычисления остатка длины волны и деления смещения спектральных линий устанавливается значение красного смещения. Хьюманс в конце 40-х годов смог определить наибольшее значение смещения. Оно составило равенство 60000 км/с. Это около 20% скорости света. Найденная галактика располагалась от нас на расстоянии 2,6 миллиарда световых лет. Но по последним данным самыми отдаленными объектами с красным смещением являются квазары. Они удалены от нас примерно в 15 миллиардов световых лет, что составляет около 90% скорости света.
В 30-х годах Шепли и Хаббл в Гарвардской обсерватории обратили свое внимание на интересную тенденцию. На южном небе число ярких галактик значительно меньше, чем на северном. Также Хаббл сфотографировал большое количество слабых галактик. Из-за этого он стал уверенным в том, что смог найти конец феномену скоплений. Но данная закономерность стала только началом великих открытий и привела к еще большему количеству вопросов. Также основным вкладом Хаббла в астрономию стала его классификация различных форм галактик. В ней ученый разделил все галактики на два класса – спиральные и эллиптические, которые, в свою очередь, также делились на отдельные ветки.
Ж. Вакулер, занимающийся более яркими галактиками в северном полушарии, стал первым, кто определил самое близкое к нам скопление. Оно расположено в скоплении Девы примерно в 60 световых годах и может иметь примерно 50 нерасположенных скоплений.
Вторым большим открытием периода 50-х – 80-х годов считается уверенность в том, что наше Местное сверхскопление не является уникальным явлением во Вселенной. Дж. Абелл составил уникальный каталог из 2712-ми больших скоплений галактик. Он заметил, что большинство таких скоплений были составляющими сверхскоплений. Абелл ориентировался каталогом Ф. Цвикки, в котором шла речь о невозможности состояния скоплений в структурах высшего порядка. Спустя некоторое время ученые Э. Скотт, С. Шейн и Дж. Нейман выдвинули предложение, что каждая галактика нашей Вселенной не имеет изолированных звездных систем. Самый оптимальный каталог того времени составил П. Пиблс. Он также учитывал спектры галактических скоплений и выдвинул теорию о том, что скопления располагаются близко друг к другу.
Третьим великим открытием, связанным со скоплениями в период 50-х годов, относится к использованию красного смещения. Было выявлено, что они обеспечивают три пространственных меньших за областью измерения.
Исследования, связанные с красными смещениями, стали возможными только благодаря усовершенствованию телескопов. Сейчас современные спектрографы усиливаются электронными устройствами, что приводит к улучшению изображения (примерно в 20 раз). Активную роль в процессе исследования относят и к цифровым приемникам. Они способны уловить даже наиболее отдельные фотоны. В результате нынешние астрономы получают нужную информацию за полчаса, тогда как Хабблу нужно было не менее ночи. Различные и стремительные исследования разных ученых и даже в разных точках мира довольно часто приводили к одинаковому результату наблюдений.
С тех пор, когда было выявлено первое сверхскопление, которое отличалось от остальных галактик своей структурой, появилась идея обнаружения других сверхскоплений, что должно было помочь в их же изучении природы и состава. В 82-м году три таких скопления исследовались учеными. Причем каждое из них имело свои особенности. В скоплении Геркулес особо внимательно рассматривали одно из таких явлений. Исследования показали, что это большое сверхскопление, занимающее расстояние в 400-600 миллионов световых лет. Примечательность заключалась в том, что Геркулес населяли в основном галактики-спирали.
Наш портал Kvant.Space рассматривает три самых наиболее определенных сверхскопления – Вероника-А1367, скопления в Персее и Геркулесе. Если смотреть с этой стороны, то, выходит, что наша галактика расположена в центре. Как правило, группирование галактики в скопления своеобразны. Те же пустоты, найденные в космическом пространстве, а именно их распределение, не является хаотичным. По теориям Вселенная вполне могла именно так самоорганизоваться, чтобы пространство, которое находится между скоплениями, заполнялось более мелкими галактиками и их группами.
Но не только оптическая астрономия занимается изучением сверхскоплений. Активное участие принимает рентгеновская и радиоастрономия. Радиоастрономы могут зафиксировать присутствие межгалактического газа из-за того, что он имеет низкую плотность. Если бы данный газ присутствовал во всех сверхскоплениях точно так же как и в некоторых, его вклад к общей массе сверхскоплений был весьма существенным. Рентгеновская астрономия смогла зафиксировать сугубо горячий газ среди удаленных сверхскоплений. Но еще до сих пор точно неизвестно идет ли излучение только из областей между центрами ярких скоплений или из самих центров.
По результатам исследований красных смещений стало понятно, что размещение галактик является довольно неоднородным на расстояниях более чем в сотни миллионов световых лет. Самый невероятный факт заключается в том, что эта неоднородность имеет расположение на миллиарды световых лет. Она характерна для всей Вселенной.
Если сейчас Вселенная неоднородная, то вполне можно предположить, что на ранних этапах своего появления она была однородной. Эта теория реальна из-за мягкого, фонового излучения, которое окутывает нашу планету и является удивительно стабильным в микроволновом радиодиапазоне. Грубо говоря, Земля, представляющая собой остывший и расширившийся остаток, представлен ранней частью Вселенной. Но, с другой стороны, в 80-х годах были обнаружены определенные неоднородности маленьких размеров, простирающиеся на очень большое расстояние в пространстве. Эта открытие порождает еще больше вопросов, на которые нет возможности ответить по крайне мере сейчас. Со временем и развитием технологий возможно и появятся ответы. На данный момент ученые работают над двумя теориями возникновения галактик, сверхскоплений и скоплений: 1) отдельные галактики образовались в однородной и вне близкой материи, 2) газ молодой Вселенной постепенно начал компактифицироватся в галактики и звезды.
Но какая из этих гипотез верная? И верная из них хоть какая-нибудь? Пока этот вопрос не имеет ответа. Взять, к примеру, модель Зельдовича – Сюняева, по ней исходило, что все галактики входят в скопления или сверхскопления, галактики или отдельные звездные соединения. Если подобная модель правильна и галактики способны появляется где угодно, а позднее формироваться в группы, выходит, что таких галактик очень много. Вообще, группы изолированных галактик, открытые учеными по красным смещениям, являются группами, разбросанными по всем границам сверхскоплений. Действительно свободными от галактик оказались пустоты. Астрономы полагают, что отдельные галактики, раскиданные внутри сверхскоплений, когда-то были частью небольших групп. Через некоторое время их разрушили внутренние столкновения плотных сверхскоплений. Исходя из этого, получается, что когда-то все галактики были объединены в группу или сверхскопление.
Одним из самых многообещающих направлений в исследованиях сверхскоплений на данный момент считается продолжение измерения фонового, микроволнового излучения. Даже малые неоднородности, которые были замечены в данном излучении, говорят о присутствии вещества молодой Вселенной. Близость их параметров, необходимых для проверки двух теорий, неоспорима.
Портал Kvant.Space предоставил самые распространенные вопросы и возможные ответы. В частности, являются ли сверхскопления самыми высокоорганизованными структурами во Вселенной? Может ли присутствовать помимо них еще что-нибудь? Многие ученые считают, что сверхскопления – это структуры, созданные гравитацией. Помимо сверхскоплений нет больше ничего подобного. Но другие больше склонны к мысли, что сверхскопления представлены нынешним состоянием галактик, которые изолированы от остальных звездных систем внутри скоплений. Еще одна причина – это универсальность скоплений. Каждое сильно населенное скопление является частью сверхскопления.