Обнаружена новая сверхструктура, одна из крупнейших во Вселенной
Группа исследователей под руководством астронома Ханса Бёрингера из Института экстремальной физики Макса Планка недавно обнаружила одну из крупнейших космических структур, наблюдавшихся до сих пор. Это сеть галактик и галактических скоплений, представляющая собой суперструктуру протяженностью 1,37 миллиарда световых лет (более чем в 13 000 раз больше диаметра Млечного Пути).
Эта структура, прозванная «Кипу», получила свое название от древних приборов для записи узлов, использовавшихся инками, из-за своей формы, похожей на длинную нить с боковыми ответвлениями. На самом деле Кипу — не простая космическая нить, а крупномасштабная структура, состоящая из множества групп галактик и суперкластеров.
Согласно полученным данным, ее общая масса оценивается примерно в 200 квадриллионов солнечных масс, что делает ее самой массивной структурой, обнаруженной в космосе на данный момент.
Кипу и еще четыре сверхструктуры
Кипу были обнаружены в рамках исследования Cosmic Large-Scale Structure in X-rays (CLASSIX) на основе анализа скоплений галактик, наблюдаемых в X-диапазоне, — метода, который позволяет отслеживать регионы с высокой плотностью материи с помощью рентгеновского излучения. Галактические скопления на самом деле содержат большое количество газа с температурой в миллионы градусов по Кельвину, который испускает рентгеновское излучение, обнаруживаемое космическими телескопами.
В поле зрения CLASSIX попало 86 % неба. Недостающий регион — это область, куда звезды и пыль в Млечном Пути не допускают космические структуры, находящиеся за его пределами. Картография охватывает ближнюю Вселенную на расстоянии от 425 до 800 миллионов световых лет (что составляет примерно 130-250 мегапарсек).
Таким образом, Бёрингер и его коллеги открыли Кипу и изучили еще четыре сверхструктуры, одни из самых крупных из обнаруженных на сегодняшний день. Вместе эти пять суперструктур содержат 45 % скоплений галактик, 30 % галактик и 25 % материи в наблюдаемой Вселенной, сообщают исследователи в своей работе. Но в целом они составляют 13% объема Вселенной. Это означает, что относительно небольшая часть космоса содержит огромную часть видимой материи, что говорит о более неравномерном распределении массы, чем предсказывают стандартные модели.
Сверхструктура Кипу имеет длинную нитевидную главную ось с более мелкими ответвлениями, простирающимися по бокам, что делает ее похожей на узловые записывающие устройства инков, отсюда и название. Такая сложная форма позволяет предположить, что структура могла образоваться в результате процессов гравитационной аккреции и слияния нескольких суперкластеров за миллиарды лет.
Еще одна сверхструктура, которая бросает вызов стандартной модели
Космическая паутина — нитевидная структура, составляющая Вселенную в больших масштабах, — является фундаментальным элементом современной космологии. Однако, как и в случае с другими крупными структурами в прошлом, размер и плотность этой новой сверхструктуры могут поставить под сомнение некоторые аспекты стандартной космологической модели, основанной на холодной темной материи и темной энергии (ΛCDM).
Действительно, открытие Кипу добавляет к растущему числу свидетельств, указывающих на необходимость пересмотра или уточнения нашей текущей модели Вселенной. Космические сверхструктуры могут влиять на космический микроволновый фон (CMB), крупномасштабное гравитационное линзирование и измерения постоянной Хаббла — три ключевых элемента в определении параметров нашей модели Вселенной. Искажения могут также объяснить некоторые расхождения, наблюдаемые между теоретическими моделями и фактическими измерениями CMB.
Кроме того, большие концентрации материи в Кипу могут влиять на особые движения близлежащих галактик, способствуя эффектам «крупномасштабного потока», которые изменяют наше представление о расширении Вселенной. Это может иметь последствия для измерений постоянной Хаббла, которые уже стали предметом хорошо известной проблемы расхождения между значениями, полученными из космического микроволнового фона, и значениями, полученными из сверхновых и других локальных измерений.
Однако Кипу и другие сверхструктуры представляют собой новый кусочек космического пазла
в понимании космической паутины и крупномасштабных структур Вселенной. И это не единичный случай. За последние десятилетия астрономы обнаружили еще несколько сверхструктур, чьи размеры и характеристики поставили под сомнение стандартную космологическую модель.
К ним относятся Огромная группа больших квазаров (Huge-LQG) — гигантское скопление квазаров, простирающееся на 4 миллиарда световых лет, и Гигантская дуга — структура из галактик длиной более 3 миллиардов световых лет, открытая в 2021 году. Другой яркий пример — суперкластер Бутс, один из самых плотных и массивных регионов во Вселенной. Крупнейшая из известных на сегодняшний день суперструктур — Великая стена Геркулеса-Короны-Бореалис (HCB Great Wall), длина которой составляет около 10 миллиардов световых лет, но пока не подтверждена как связанная концентрация материи.
В январе 2024 года прибором Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) была обнаружена еще одна сверхструктура — Великое кольцо, протяженность которого составляет около 1,3 миллиарда световых лет.
Тот факт, что подобные находки продолжают появляться, поднимает фундаментальные вопросы о достоверности модели ΛCDM: может ли наша нынешняя теоретическая база объяснить образование этих гигантских скоплений материи? Или для описания роста космических структур нужны новые гипотезы?
В ближайшие годы наблюдения с таких телескопов, как Euclid, Vera C. Rubin Observatory и космического телескопа НАСА Nancy Grace Roman Space Telescope, позволят получить еще более точные данные и изучить космическую паутину в беспрецедентных подробностях.
С исследованием, принятым к публикации в журнале Astronomy & Astrophysics, можно ознакомиться в препринт-версии.