Наша Вселенная на самых больших масштабах напоминает гигантскую трехмерную паутину. Галактики не разбросаны хаотично, а собраны в плотные скопления, соединенные между собой протяженными нитевидными структурами — филаментами. Эти «нити», состоящие из газа, темной материи и множества галактик, простираются на десятки миллионов световых лет. До недавнего времени астрономы считали их относительно статичными, почти «жесткими» образованиями — просто каркасом, по которому распределено вещество. Однако новое наблюдение, выполненное с помощью радиотелескопа MeerKAT, заставляет пересмотреть эту картину.
Впервые исследователям удалось зарегистрировать согласованное вращение всей нити. Объектом изучения стал филамент длиной около 50 миллионов световых лет, внутри которого находятся десятки галактик, активно излучающих в радиодиапазоне. Используя данные наблюдений нейтрального водорода на длине волны 21 сантиметр, ученые построили трехмерную карту скоростей четырнадцати галактик, встроенных в эту структуру. И результаты оказались неожиданными: галактики по одну сторону от центральной оси нити систематически движутся к нам, а по другую — от нас. Такой градиент лучевых скоростей — классический признак вращения. Вся гигантская конструкция медленно закручивается вокруг собственной оси, словно космический вихрь.
Тонкая настройка на квантовом уровне
Ключом к открытию стала знаменитая линия 21 см — излучение, возникающее при квантовом переходе в атоме водорода, когда направление спина электрона меняется на противоположное. Этот переход запрещен правилами отбора, а потому происходит крайне редко, но межзвездного газа так много, что сигнал можно обнаружить. Частота этого излучения жестко привязана к физическим константам, поэтому любые, даже самые малые, доплеровские сдвиги из-за движения галактик легко измеряются. Радиотелескоп MeerKAT, расположенный в Южной Африке, обладает уникальной чувствительностью, позволяющей фиксировать эти сдвиги для отдельных галактик внутри филамента, а не усреднять данные по множеству объектов, как это делалось ранее.
Кроме того, исследователи обнаружили, что не только вся нить вращается как целое, но и оси вращения самих галактик тоже подчиняются общей закономерности — они ориентированы вдоль той же оси, что и филамент. Возникает образ, напоминающий гигантский аттракцион: галактики, словно вращающиеся чашки, «вписаны» в медленное круговое движение окружающей их структуры. Это говорит о том, что угловой момент передается от самых крупных масштабов к меньшим, влияя на формирование и эволюцию отдельных звездных систем.
Проверка моделей темной вселенной
С точки зрения космологии, обнаружение вращающегося филамента — не просто интересный факт. Крупномасштабная структура Вселенной формируется под действием гравитации из первичных флуктуаций плотности, и ее характеристики напрямую зависят от состава космоса — соотношения темной материи, темной энергии и обычного вещества. Разные модели предсказывают разные конфигурации нитей, скоплений и пустот, а также их динамику. Вращение филаментов давно предсказывалось некоторыми компьютерными симуляциями, но до сих пор никаких подтверждений не было. Теперь, когда один такой объект найден, встает вопрос: насколько это распространенное явление?
Если вращение окажется типичным для нитевидных структур, астрономы получат новый инструмент для проверки космологических теорий. Например, свойства темной материи — взаимодействуют ли ее частицы друг с другом или остаются абсолютно инертными — могут влиять на то, как именно угловой момент накапливается в крупных масштабах. Некоторые модификации стандартной модели предполагают чуть иную динамику, и она может проявиться именно во вращении филаментов. Пока рано делать окончательные выводы на основе единственного примера, но само открытие задает направление для дальнейших исследований.
Новые горизонты радиоастрономии
Сегодня MeerKAT остается одним из самых чувствительных радиотелескопов в мире, но его роль со временем перейдет к еще более мощному инструменту — Square Kilometer Array (SKA), часть антенн которого уже монтируется в том же регионе.
SKA сможет регистрировать излучение нейтрального водорода на гораздо больших расстояниях и с беспрецедентной детализацией. Это позволит найти множество других филаментов, измерить их вращение и понять, насколько разнообразна динамика космической паутины. Кроме того, данные оптических обзоров нового поколения — таких как телескопы DESI, Euclid и обсерватория Веры Рубин — дополнят радионаблюдения информацией о распределении галактик и их эволюции. Совместный анализ позволит связать динамику газа с формированием звезд и, возможно, объяснить, почему оси вращения галактик часто оказываются выровнены с крупномасштабными структурами.
Пока перед астрономами стоит задача набрать статистику. Один вращающийся филамент может оказаться редкой случайностью, а может быть типичным представителем целого класса объектов. Ответ на этот вопрос приблизит нас к пониманию того, как устроена Вселенная на самых больших масштабах и какую роль в этом играют ее невидимые компоненты.