Земля может находиться в массивном «супервоиде» в космосе

Когда мы смотрим в космос за пределы Млечного Пути, мы видим множество объектов. Космос кишит галактиками, разбросанными во тьме подобно звездам. Если бы мы остановились на этом, было бы легко предположить, что распределение галактик более или менее равномерно по всему пространству-времени.

Но в этом беспорядке есть своя логика: вместо того чтобы свободно перемещаться, галактики имеют тенденцию концентрироваться в скопления, глыбы и нити космической паутины, притягиваемые взаимной гравитацией к магистралям, супермагистралям и узлам материи.

Обратной стороной этого явления являются пустоты (воиды, от англ. Void — пустота) — области со значительно меньшей плотностью и относительно небольшим количеством галактик.

Растущее количество свидетельств указывает на то, что наша галактика Млечный Путь дрейфует на краю одной из таких пустот в своем маленьком уголке Вселенной — пузыре пространства, известном, очевидно, как Местная Пустота.

Согласно предыдущим измерениям, размер пустоты составляет около 60 мегапарсеков — около 200 миллионов световых лет. Но это лишь часть картины.

Местная пустота может быть поглощена гораздо более крупной неплотностью, около 600 мегапарсек в поперечнике, известной как Местная дыра, или суперпустота Кинана-Баргера-Коуи (KBC).

Этот суперпустотник представляет собой большую проблему, поскольку, согласно стандартной модели космологии, материя распределена по Вселенной более или менее равномерно.

Эта стандартная модель не может объяснить такую огромную недостаточную плотность.

Но теперь новое исследование под руководством астрофизика Сергея Мазуренко из Боннского университета показало, что, возможно, локальная дыра может решить проблему Хаббловского натяжения — невозможности согласовать различные измерения скорости расширения Вселенной.

Нам просто нужно найти способ обойти стандартную модель.

Скорость, с которой расширяется Вселенная, известна как постоянная Хаббла, или H0. Мы не знаем точно, какова эта скорость, потому что разные способы ее измерения дают разные результаты.

Один из способов — посмотреть на реликты ранней Вселенной, такие как остатки света Большого взрыва в космическом микроволновом фоне, или акустические волны, застывшие во времени. Это дает нам скорость около 67 километров (42 мили) в секунду на мегапарсек.

Другой способ — измерить расстояния до более поздних и близких объектов с известной яркостью, таких как сверхновые типа Ia или переменные звезды типа Цефеид. Это дает скорость около 73 километров в секунду на мегапарсек.

«Таким образом, Вселенная, похоже, расширяется быстрее в наших окрестностях — то есть на расстоянии около трех миллиардов световых лет — чем в целом», — говорит астрофизик Павел Кроупа из Боннского университета. «А этого не должно быть».

Проблема, как выяснили исследователи, может быть решена, если принять во внимание Местную дыру.

Материя гравитационно притягивает материю. Галактики, удаляющиеся от нас в локальном пространстве, могут быть локально ускорены концентрацией материи по краям суперпустоты.

Эта идея не похожа на работу 2020 года, в которой предполагалось, что Локальная Пустота обладает тем же эффектом, но в гораздо больших масштабах.

Остается одна проблема — досадная стандартная модель. Но это становится не такой уж проблемой, если мы используем другую модель работы гравитации.

Она называется модифицированной ньютоновской динамикой (MOND) и была предложена четыре десятилетия назад в качестве альтернативного объяснения теории темной материи, разработанной для устранения расхождений в наших измерениях гравитации во Вселенной.

«Стандартная модель основана на теории природы гравитации, выдвинутой Альбертом Эйнштейном», — говорит Крупа.

«Однако гравитационные силы могут вести себя не так, как предполагал Эйнштейн».

В рамках MOND решить проблему локальной дыры гораздо проще. Разумеется, есть и существенные проблемы с МОНД. Но стоит использовать его как инструмент, чтобы попытаться понять, где кроются дыры в нашем нынешнем понимании Вселенной.

Может оказаться, что настоящий ответ лежит где-то рядом с сочетанием обеих теорий; что Эйнштейна нужно не выбрасывать, а расширять.

«Считается, что Эйнштейн говорил, что мы не можем решать проблемы с помощью того же мышления, которое привело к их возникновению», — пишет физик Индранил Баник из Университета Сент-Эндрюс в статье для The Conversation.

«Даже если требуемые изменения не будут радикальными, мы вполне можем стать свидетелями первого за более чем столетие достоверного доказательства того, что нам необходимо изменить нашу теорию гравитации».

Исследование было опубликовано в журнале Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Солнечная система существует внутри гигантской, таинственной пустоты, и мы наконец-то знаем почему

Солнечная система плавает в центре необычно пустой области космоса.

Эта область низкоплотной высокотемпературной плазмы размером около 1 000 световых лет окружена оболочкой из более холодного и плотного нейтрального газа и пыли. Она называется «Местный пузырь», и объяснить, как и почему она возникла, а Солнечная система плавает в ее центре, оказалось непростой задачей.

Группа астрономов под руководством Гарвардского и Смитсоновского центров астрофизики (CfA) составила карту Местного пузыря с максимальной точностью и обнаружила, что он, скорее всего, был вырезан из межзвездной среды в результате серии взрывов сверхновых миллионы лет назад.

Это согласуется с предыдущими исследованиями, но с дополнительным жалом в хвосте: все еще расширяющийся Местный пузырь ответственен за регионы повышенного звездообразования по его периметру.

«Это действительно история происхождения; впервые мы можем объяснить, как началось формирование всех близлежащих звезд», — говорит астроном Кэтрин Цукер из Научного института космического телескопа, которая проводила исследование, работая в CfA.

Местный пузырь был открыт сравнительно недавно, в 1970-1980-х годах, благодаря сочетанию оптической, радио- и рентгеновской астрономии. Постепенно эти исследования и наблюдения выявили огромную область, плотность которой примерно в 10 раз меньше, чем средняя плотность межзвездной среды в галактике Млечный Путь.

Поскольку мы знаем, что сверхновые могут вырезать полости в космосе, взметая газ и пыль при расширении наружу, это казалось разумным объяснением Местного пузыря.

Но выяснить, как и когда это произошло, оказалось сложнее. Трудно, например, измерить размеры области пространства, когда находишься внутри нее; и вдвойне трудно измерить пустоту, когда тебя окружают яркие звезды и другие космические объекты.

Цукер и ее команда использовали данные последнего выпуска программы Gaia — проекта по составлению максимально точной карты положения и движения звезд в Млечном Пути — чтобы составить карту газа и молодых звезд в пределах 200 парсеков (около 650 световых лет) от Солнца.

Они обнаружили, что все молодые звезды и звездообразующие области находятся на «поверхности» Местного пузыря.

Это имеет смысл: когда сверхновая расширяется наружу, она сотрясает и сжимает материал, в который она превращается. В результате в молекулярном газе, плавающем в межзвездной среде, образуются плотные узлы, которые под действием собственной гравитации разрушаются, образуя звезды-малютки.

Далее исследователи провели моделирование и отследили движения звездообразующих областей, чтобы смоделировать расширение Пузыря. Это позволило им реконструировать его историю, сопоставив результаты расчетов с картой пузыря.

Они обнаружили, что история Пузыря началась около 14,4 миллиона лет назад, сначала с периода звездного рождения, а затем со сверхновых массивных и недолговечных звезд.

«Мы подсчитали, что за миллионы лет сгорело около 15 сверхновых, чтобы сформировать Местный пузырь, который мы видим сегодня, — объясняет Цукер.

В настоящее время его радиус составляет около 165 парсеков (538 световых лет), и он продолжает расширяться, хотя и относительно медленно, со скоростью около 6,7 километра (4 мили) в секунду».

Почему же Солнечная система находится в центре? Это чистое совпадение.

«Когда взорвались первые сверхновые, создавшие Местный пузырь, наше Солнце находилось далеко от места событий», — говорит физик и астроном Жуан Алвес из Венского университета в Австрии.

«Но около пяти миллионов лет назад путь Солнца через галактику привел его прямо в пузырь, и теперь Солнце — просто по счастливой случайности — находится почти в самом центре пузыря».

По мнению исследователей, это говорит о том, что Млечный Путь, скорее всего, полон подобных пузырей, поскольку вероятность того, что это произойдет, очень мала, если пузыри редки. Эта идея наводит на мысль о том, что Млечный Путь по своей структуре похож на морскую губку или, возможно, на сплющенное колесо швейцарского сыра.

Следующий шаг в этом направлении — попытаться найти и нанести на карту другие пузыри. Их местоположение, размеры, форма и взаимодействие друг с другом могут стать подсказками, которые помогут нам лучше понять историю звездообразования и эволюции Млечного Пути.

Следующий выпуск данных Gaia, который должен выйти в конце этого года, должен оказаться чрезвычайно полезным для этого.

«Это невероятная детективная история, основанная как на данных, так и на теории», — говорит астроном Алисса Гудман из Гарвардского университета.

«Мы можем собрать воедино историю формирования звезд вокруг нас, используя множество независимых улик: модели сверхновых, движения звезд и новые изысканные 3D-карты материала, окружающего Местный пузырь».

Исследование опубликовано в журнале Nature.