Космические пустоты

Пустоты, космические пустоты[1][2], также войды (англ. void — «пустота») — обширные области между галактическими нитями, в которых отсутствуют или почти отсутствуют галактики и скопления. Войды обычно имеют размеры порядка 10—100 Мпк. Средняя плотность материи в них менее десятой доли от типичной для наблюдаемой Вселенной.

Космические пустоты впервые были обнаружены в 1978 году Стефаном Грегори и Лаярдом А. Томпсоном в Национальной обсерватории Китт Пик[3].

Открытие

Карта сверхскоплений и пустот во Вселенной в пределах 1 млрд световых лет.

Космические пустоты (войды) стали объектом изучения астрофизики в середине 1970-х годов, когда астрономические обзоры, измеряющие красное смещение, стали более популярными и позволили двум независимым группам астрофизиков в 1978 году распознать сверхскопления и войды в пространственном распределении галактик[4][5]. Новые обзоры добавили в двухмерные карты космических структур «глубину», позволив начать создавать первые трёхмерные карты наблюдаемой Вселенной. В этих обзорах расстояние до галактик рассчитывалось из величин их красного смещения, возникающего из-за расширения Вселенной.

Хронология

  • 1961 — Внимание астрономического сообщества привлекают крупномасштабные структурные элементы, такие как «скопления второго порядка» (англ. second-order clusters), один из типов сверхскопления[6].
  • 1978 — Опубликованы первые две работы на тему пустот в крупномасштабной структуре, в которых говорится об обнаруженных спереди от скопления Волос Вероники войдах[4][5].
  • 1981 — Обнаружен крупный войд в созвездии Волопаса[7][8].
  • 1983 — Стало возможным достаточно сложное, чтобы дать относительно достоверный результат вычислений для эволюции крупномасштабной структуры, компьютерное моделирование, и оно дало представление об основных особенностях крупномасштабного распределения галактик[9][10].
  • 1985 — Исследование элементов крупномасштабной структуры в области сверхскопления Персея-Рыб (в том числе войдов)[11].
  • 1989 — The Center for Astrophysics Redshift Survey показал, какие структуры превалируют в наблюдаемой Вселенной в крупном масштабе[12].
  • 1991 — The Las Campanas Redshift Survey подтвердил большую распространённость войдов в крупномасштабной структуре[13].
  • 1995 — Сравнения исследований галактик показывают, что войды обнаруживаются независимо от выбора области[14].
  • 2001 — Field Galaxy Redshift Survey добавил в каталог войдов большое количество новых записей[15].
  • 2009 — Данные Sloan Digital Sky Survey в сочетании с данными предыдущих крупных обзоров дали наиболее полное представление о детальной структуре войдов[16][17][18].

Наблюдаемые характеристики

Компьютерная модель крупномасштабного распределения источников света (галактик и квазаров) во Вселенной.

Космические пустоты — одни из крупнейших образований в природе, занимающие основную часть пространства во Вселенной[19]. Главная особенность данных структур заключается в том, что в войдах плотность видимой материи значительно ниже её средней плотности во Вселенной[1]. Будучи главными элементами крупномасштабной структуры, войды разграничиваются галактическими нитями[20].

Средний размер таких пустот достигает 40 мегапарсек (≈ 130 млн св. лет), однако во Вселенной присутствуют более масштабные пустоты — супервойды (англ. supervoids), средний диаметр которых составляет 100 Мпк[21]. Одним из крупнейших обнаруженных супервойдов является «Гигантский войд» с диаметром в 300—400 Мпк[22].

В пустотах могут быть «тёмная энергия» и протогалактические облака. Кроме того, по опубликованным в 2014 году данным астрономы из Университета Пенсильвании обнаружили в войдах небольшие искажения в направлениях распространения света, создаваемые, предположительно, тёмной материей. Для этого были использованы данные Слоановского цифрового небесного обзора для 40 миллионов галактик и 20 тысяч войдов[23].

Формирование

По современным представлениям, на самых ранних стадиях расширения Вселенной вещество было распределено почти идеально однородно[2]. В фазу инфляции малые по величине и случайно возникающие квантовые флуктуации полей стремительно разрастались[24]. Они привели к неоднородностям плотности материи, которые в дальнейшем развивались благодаря гравитационной неустойчивости[25]. Нелинейный рост возмущений вызвал преимущественное сжатие материи вдоль одного из направлений[26], из-за чего вещество концентрировалось на каустиках, которые далее пересекались и стали нитями. Соответственно, пустотами стали места с весьма низкой плотностью материи. В итоге образовалась наблюдаемая структура Вселенной с сохранением крупномасштабной однородности и изотропности.

Была подтверждена возможность формирования сети нитей и пустот по описанному выше сценарию, но только если учитывать сильное влияние тёмной материи[2]. Поэтому считается, что ключевую роль в процессе сыграли неоднородности плотности именно тёмной материи[26]. Без её неравномерного распределения развивающиеся возмущения плотности видимого вещества не смогли бы вырасти настолько, чтобы образовать наблюдаемый облик Вселенной[2].

См. также

Примечания

  1. ↑ 1 2 Элыив А. А., Караченцев И. Д., Караченцева В. Е., Мельник О. В., Макаров Д. И. Структуры низкой плотности в Местной вселенной. II. Близкие космические пустоты // Астрофизический бюллетень. — Специальная астрофизическая обсерватория Российской академии наук, 2013. — Т. 68, № 1. — С. 1. — ISSN 1990-3391. — arXiv:1302.2369. Архивировано 20 декабря 2016 года.
  2. ↑ 1 2 3 4 Крупномасштабная структура Вселенной | Энциклопедия Кругосвет. Дата обращения: 22 апреля 2017. Архивировано 22 апреля 2017 года.
  3. ↑ Roger A. Freedman, William J. Kaufmann. Universe : stars and galaxies. — New York : W.H. Freeman and Company, 2001. — 600 с. — ISBN 978-0-7167-4646-1.
  4. ↑ 1 2 Gregory, S. A.; L. A. Thompson. The Coma/A1367 supercluster and its environs (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1978. — Vol. 222. — P. 784. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/156198. — Bibcode: 1978ApJ...222..784G. Архивировано 14 мая 2021 года.
  5. ↑ 1 2 Jõeveer, M.; Einasto, J. The Large Scale Structure of the Universe (англ.) / M.S. Longair; J. Einasto. — Dordrecht: Reidel, 1978. — P. 241.
  6. ↑ Abell, George O. Evidence regarding second-order clustering of galaxies and interactions between clusters of galaxies (англ.) // The Astronomical Journal : journal. — IOP Publishing, 1961. — Vol. 66. — P. 607. — ISSN 0004-6256. — doi:10.1086/108472. — Bibcode: 1961AJ.....66..607A.
  7. ↑ Kirshner, R. P.; Oemler, A., Jr.; Schechter, P. L.; Shectman, S. A. A million cubic megaparsec void in Bootes (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1981. — Vol. 248. — P. L57. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/183623. — Bibcode: 1981ApJ...248L..57K.
  8. ↑ Kirshner, Robert P.; Oemler, Augustus, Jr.; Schechter, Paul L.; Shectman, Stephen A. A survey of the Bootes void (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1987. — Vol. 314. — P. 493. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/165080. — Bibcode: 1987ApJ...314..493K.
  9. ↑ Merlott, A. L. Clustering velocities in the adiabatic picture of galaxy formation (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press, 1983. — November (vol. 205, no. 3). — P. 637—641. — ISSN 0035-8711. — doi:10.1093/mnras/205.3.637. — Bibcode: 1983MNRAS.205..637M.
  10. ↑ Frenk, C. S.; S. D. M. White; M. Davis. Nonlinear evolution of large-scale structure in the universe (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 1983. — Vol. 271. — P. 417. — ISSN 0004-637X. — doi:10.1086/161209. — Bibcode: 1983ApJ...271..417F.
  11. ↑ Giovanelli, R.; M. P. Haynes. A 21 CM survey of the Pisces-Perseus supercluster. I – The declination zone +27.5 to +33.5 degrees (англ.) // The Astronomical Journal : journal. — IOP Publishing, 1985. — Vol. 90. — P. 2445. — ISSN 0004-6256. — doi:10.1086/113949. — Bibcode: 1985AJ.....90.2445G.
  12. ↑ Geller, M. J.; J. P. Huchra. Mapping the Universe (англ.) // Science. — 1989. — Vol. 246, no. 4932. — P. 897—903. — ISSN 0036-8075. — doi:10.1126/science.246.4932.897. — Bibcode: 1989Sci...246..897G. — PMID 17812575.
  13. ↑ Kirshner, 1991, Physical Cosmology, 2, 595.
  14. ↑ Fisher, Karl; Huchra, John; Strauss, Michael; Davis, Marc; Yahil, Amos; Schlegel, David. The IRAS 1.2 Jy Survey: Redshift Data (англ.) // The Astrophysical Journal. — IOP Publishing, 1995. — Vol. 100. — P. 69. — doi:10.1086/192208. — Bibcode: 1995ApJS..100...69F. — arXiv:astro-ph/9502101.
  15. ↑ Colless, Matthew; Dalton, G. B.; Maddox, S. J.; Sutherland, W. J.; Norberg, P.; Cole, S.; Bland-Hawthorn, J.; Bridges, T. J.; Cannon, R. D.; Collins, C. A.; J Couch, W.  (англ.) (рус.; Cross, N. G. J.; Deeley, K.; DePropris, R.; Driver, S. P.; Efstathiou, G.; Ellis, R. S.; Frenk, C. S.; Glazebrook, K.; Jackson, C. A.; Lahav, O.; Lewis, I. J.; Lumsden, S. L.; Madgwick, D. S.; Peacock, J. A.; Peterson, B. A.; Price, I. A.; Seaborne, M.; Taylor, K. The 2dF Galaxy Redshift Survey: Spectra and redshifts (англ.) // Monthly Notices of the Royal Astronomical Society : journal. — Oxford University Press, 2001. — Vol. 328, no. 4. — P. 1039—1063. — doi:10.1046/j.1365-8711.2001.04902.x. — Bibcode: 2001MNRAS.328.1039C. — arXiv:astro-ph/0106498.
  16. ↑ Abazajian, K.; for the Sloan Digital Sky Survey; Agüeros, Marcel A.; Allam, Sahar S.; Prieto, Carlos Allende; An, Deokkeun; Anderson, Kurt S. J.; Anderson, Scott F.; Annis, James; Bahcall, Neta A.; Bailer-Jones, C. A. L.; Barentine, J. C.; Bassett, Bruce A.; Becker, Andrew C.; Beers, Timothy C.; Bell, Eric F.; Belokurov, Vasily; Berlind, Andreas A.; Berman, Eileen F.; Bernardi, Mariangela; Bickerton, Steven J.; Bizyaev, Dmitry; Blakeslee, John P.; Blanton, Michael R.; Bochanski, John J.; Boroski, William N.; Brewington, Howard J.; Brinchmann, Jarle; Brinkmann, J.; Brunner, Robert J. The Seventh Data Release of the Sloan Digital Sky Survey (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2009. — Vol. 182, no. 2. — P. 543—558. — doi:10.1088/0067-0049/182/2/543. — Bibcode: 2009ApJS..182..543A. — arXiv:0812.0649.
  17. ↑ Thompson, Laird A.; Gregory, Stephen A. (2011). "An Historical View: The Discovery of Voids in the Galaxy Distribution". arXiv:1109.1268 [physics.hist-ph].
  18. ↑ Mao, Qingqing; Berlind, Andreas A.; Scherrer, Robert J.; Neyrinck, Mark C.; Scoccimarro, Román; Tinker, Jeremy L.; McBride, Cameron K.; Schneider, Donald P.; Pan, Kaike. A Cosmic Void Catalog of SDSS DR12 BOSS Galaxies (англ.) // The Astrophysical Journal : journal. — IOP Publishing, 2017. — Vol. 835, no. 2. — P. 161. — ISSN 0004-637X. — doi:10.3847/1538-4357/835/2/161. — Bibcode: 2017ApJ...835..161M. — arXiv:1602.02771.
  19. ↑ van de Weygaert, Rien; Platen, Erwin (2009). "Cosmic Voids: structure, dynamics and galaxies". arXiv:0912.2997 [astro-ph].
  20. ↑ Platen, Erwin; van de Weygaert, Rien; J.T. Jones, Bernard (2007). "Alignments of Voids in the Cosmic Web". arXiv:0711.2480 [astro-ph].
  21. ↑ Lindner, Ulrich; Einasto, Jaan; Einasto, Maret; Freudling, Wolfram; Fricke, Klaus; Tago, Erik (1995). "The Structure of Supervoids -- I: Void Hierarchy in the Northern Local Supervoid". arXiv:astro-ph/9503044.
  22. ↑ Kopylov A. I.; Kopylova, F. G." (2002) «Search for streaming motion of galaxy clusters around the Giant Void» (PDF) Astronomy and Astrophysics, v.382, p.389-396 Bibcode: 2002A&A...382..389K doi:10.1051/0004-6361:20011500
  23. ↑ Lenta.ru: Наука и техника: Наука: Астрономы обнаружили материю в войдах. Дата обращения: 6 июля 2020. Архивировано 15 сентября 2016 года.
  24. ↑ Элементы — новости науки: Эксперимент BICEP2 подтверждает важнейшее предсказание теории космической инфляции. Дата обращения: 22 апреля 2017. Архивировано 22 марта 2015 года.
  25. ↑ Лукаш В. Н., Михеева Е. В. Основания физической космологии // Учёные записки Казанского университета. Серия Физико-математические науки. — Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Казанский (Приволжский) федеральный университет», 2011. — Т. 153, № 3. — С. 1. — ISSN 2541-7746. Архивировано 22 апреля 2017 года.
  26. ↑ 1 2 Астронет — Образование крупномасштабной структуры Вселенной. Дата обращения: 22 апреля 2017. Архивировано 23 апреля 2017 года.

Ссылки