О, великий отталкиватель!

Гравитация может не только притягивать, но и отталкивать — как вам такое заявление? Причем не в какой-нибудь новой математической теории, а на самом деле — Большой Отталкиватель, как его назвала группа ученых, ответственен за половину скорости, с которой наша Галактика движется в космосе. Звучит фантастически, не так ли? Давайте разбираться.

Во-первых, давайте оглянемся по сторонам и познакомимся с нашими соседями во Вселенной. За последние несколько десятков лет мы узнали очень многое, и слово «космография» сегодня — это не термин из фантастических романов Стругацких, а один из разделов современной астрофизики, занимающийся составлением карт доступной нам части Вселенной. Ближайшая соседка нашего Млечного Пути — это галактика Андромеда, которую можно увидеть на ночном небе и невооруженным глазом. А вот разглядеть еще несколько десятков компаньонов не получится — карликовые галактики, которые вращаются вокруг нас и Андромеды, очень тусклые, и астрофизики до сих по не уверены, что нашли их все. Тем не менее, все эти галактики (в том числе и не открытые), а также галактика Треугольника и галактика NGC 300 входят в Местную группу галактик. Сейчас в Местной группе 54 известных галактики, большая часть из которых — это уже упоминавшиеся тусклые карликовые галактики, и ее размеры превышают 10 миллионов световых лет. Местная группа вместе с еще примерно 100 скоплениями галактик входит в сверхскопление Девы, размерами больше 110 миллионов световых лет.

В 2014 году группа астрофизиков под руководством Брента Талли из Гавайского университета выяснила, что само это сверхскопление, состоящее из 30 тысяч галактик, является составной частью еще большей структуры — сверхскопления Ланиакея, в котором содержится уже более 100 тысяч галактик. Осталось сделать последний шаг — Ланиакея вместе со сверхскоплением Персея-Рыб входит в комплекс сверхскоплений Рыб-Кита, которое одновременно является галактической нитью, то есть составной частью крупномасштабной структуры Вселенной.

Наблюдения и компьютерные симуляции подтверждают, что галактики и скопления не хаотически разбросаны во Вселенной, а составляют сложную губкообразную структуру, где есть филаменты-нити, узлы и пустоты, также известные как войды. Вселенная, как почти сто лет назад показал Эдвин Хаббл, расширяется, и сверхскопления — это самые крупные образования, которые удерживаются гравитацией от разбегания. То есть, если упростить, то филаменты разбегаются друг от друга из-за воздействия темной энергии, а движение объектов внутри них в большей степени обусловлено силами гравитационного притяжения.

И теперь, зная, что вокруг нас столько галактик и скоплений, которые притягивают друг друга так сильно, что даже перебарывают расширение Вселенной, пора задать ключевой вопрос: а куда все это летит? Именно на него и пытается ответить группа ученых вместе с Иегуди Хоффманом из Еврейского университета в Иерусалиме и уже упоминавшимся Брентом Талли. Их совместная статья, вышедшая в Nature, основана на данных проекта Cosmicflows-2, который измерил расстояния и скорости более 8000 близлежащих галактик. Этот проект был запущен в 2013 году все тем же Брентом Талли вместе с коллегами, в том числе Игорем Караченцевым, одним из самых высокоцитируемых российских астрофизиков-наблюдателей.

Трехмерную карту локальной Вселенной (с русским переводом), составленную учеными, можно посмотреть на этом видео.

Итак, куда все это летит? Для ответа нужна точная карта скоростей для всех массивных тел в ближней части Вселенной. К сожалению, для ее построения данных Cosmicflows-2 недостаточно — несмотря на то, что это лучшее, что есть у человечества, они неполны, неоднородны по качеству и имеют большие погрешности. Профессор Хоффман применил к известным данным винеровское оценивание — пришедший из радиоэлектроники статистический прием отделения полезного сигнала от шума. Это оценивание позволяет ввести основную модель поведения системы (в нашем случае — это Стандартная космологическая модель), которая будет определять общее поведение всех элементов в отсутствие дополнительных сигналов. То есть движение конкретной галактики будет определяться общими положениями Стандартной модели, если для нее данных недостаточно, и данными измерений, если таковые есть.

Полученные результаты подтвердили то, что нам уже было известно — вся Местная группа галактик летит в космосе в сторону Великого аттрактора, гравитационной аномалии в центре Ланиакеи. И сам Великий аттрактор, несмотря на название, не такой уж и великий — его притягивает намного более массивное сверхскопление Шэпли, к которому мы и направляемся со скоростью 660 километров в секунду. Проблемы начались, когда астрофизики решили сравнить измеренную скорость Местной группы с расчетной, которая выводится из массы сверхскопления Шэпли. Оказалось, что несмотря на колоссальную массу (10 тысяч масс нашей Галактики), оно не могло бы разогнать нас до такой скорости. Более того, построив карту анти-скоростей (карту векторов, которые направлены в сторону, обратную векторам скоростей), ученые нашли область, которая как будто отталкивает нас от себя. Причем расположена она ровно на противоположной стороне от сверхскопления Шэпли и отталкивает именно с той скоростью, чтобы в сумме дать искомые 660 километров в секунду.

Вся притягивательно-отталкивающая конструкция напоминает формой электрический диполь, в котором силовые линии идут от одного заряда к другому.

Но ведь это противоречит всей физике, которую мы знаем — антигравитации быть не может! Что же это за чудо такое? Для ответа давайте представим, что вас окружили и тянут в разные стороны пятеро друзей — если они это делают с одинаковой силой, то вы останетесь на месте, как будто вас никто не тянет. Однако, если один из них, стоящий справа, вас отпустит, то вы будете смещаться влево — в противоположную от него сторону. Точно так же вы будете смещаться влево, если к пяти тянущим друзьям присоединится шестой, который встанет справа и начнет не тянуть вас, а толкать.

Во Вселенной роль тянущих на себя друзей играют галактики и скопления галактик. Если бы они были равномерно распределены по Вселенной, то мы никуда бы не двигались — они тянули бы нас с одинаковой силой в разные стороны. А теперь представьте, что с одной стороны от нас никаких галактик нет. Поскольку все остальные галактики остались на месте, то мы будем удаляться от этой пустоты, как будто она нас отталкивает. Именно это и происходит с областью, которую ученые окрестили Великим Отталкивателем, или Великим Репеллером — несколько кубических мегапарсек пространства необычайно бедно заселены галактиками и не могут компенсировать гравитационное притяжение, которое оказывают на нас все эти скопления и сверхскопления с остальных сторон. Насколько именно это пространство бедно галактиками— еще предстоит выяснить. Дело в том, что Великий Репеллер очень неудачно расположен — он находится в зоне избегания (да, в астрофизике очень много красивых непонятных названий), то есть области пространства, закрытой от нас нашей собственной галактикой, Млечным Путем.

Огромное количество звезд и туманностей, а в особенности газ и пыль мешают свету от далеких галактик, расположенных по ту сторону галактического диска, долетать до нас. Лишь недавние наблюдения рентгеновскими и радиотелескопами, которые могут регистрировать излучение, свободно проходящее сквозь газ и пыль, позволили составить более-менее полный список галактик в зоне избегания. В области Великого Отталкивателя действительно оказалось очень мало галактик, так что, похоже, что это кандидат на звание войда — гигантской пустой области космической структуры Вселенной.

В заключение надо сказать, что как бы ни была высока скорость нашего полета сквозь космос, достичь ни Аттрактора Шэпли, ни Великого Аттрактора нам не удастся, — по расчетам ученых, это займет время, в тысячи раз превышающее возраст Вселенной, так что какой бы точной ни становилась наука космография, ее карты еще долго не будут полезными любителям путешествий.

Марат Мусин