Почти сто лет назад астроном Эдвин Хаббл обнаружил, что почти все галактики удаляются от Млечного Пути. Это открытие стало краеугольным камнем современной космологии, поскольку оно предоставило ключевое доказательство того, что Вселенная расширяется и что ее расширение началось с Большого взрыва. Однако даже во времена Хаббла астрономы знали, что эта закономерность не универсальна. Одним из ярких исключений является наша соседняя галактика Андромеда, которая движется в сторону Млечного Пути со скоростью примерно 100 километров в секунду.
Вот уже около пятидесяти лет учёные ломают голову над другой загадкой. Большинство крупных галактик, расположенных рядом с нашей, за исключением Андромеды, похоже, удаляются от нас, а не притягиваются под действием гравитации. Это кажется удивительным, ведь эти галактики находятся в Местной группе (Млечный Путь, галактика Андромеды и десятки более мелких галактик), совокупная масса которых должна оказывать заметное гравитационное воздействие.
Гигантский космический слой вокруг Местной группы галактик
Международная исследовательская группа под руководством доктора философии Эвуда Вемпе из Института Каптейна в Гронингене считает, что нашла объяснение. С помощью современного компьютерного моделирования исследователи обнаружили, что материя, окружающая Местную группу галактик, образует широкую уплощенную структуру, простирающуюся на десятки миллионов световых лет. Эта структура включает в себя не только обычную материю, но и невидимую темную материю, окружающую галактики. Над и под этой уплощенной областью находятся огромные пустые пространства, известные как космические пустоты.
Моделирование показывает, что такое расположение материи может точно воспроизвести как положение, так и скорость движения наблюдаемых вокруг нас галактик. Другими словами, компьютерная модель успешно воссоздает те же закономерности, которые астрономы наблюдают в реальной Вселенной.
Создание виртуального двойника нашего космического окружения
Чтобы создать свою модель, учёные начали с условий ранней Вселенной. Они использовали данные об измерении космического микроволнового фонового излучения, чтобы оценить распределение материи. Затем мощный компьютер смоделировал эволюцию ранней Вселенной, в результате чего получилась система, соответствующая современной Местной группе галактик.
В результате моделирования были воспроизведены массы, расположение и движение Млечного Пути и Андромеды, а также положение и скорость 31 галактики за пределами Местной группы галактик. Поскольку модель очень точно воспроизводит окружающую нас среду, исследователи называют ее «виртуальным двойником» нашего космического окружения.
Если в модели учитывается плоское распределение материи, то окружающие нас галактики удаляются от нас со скоростью, близкой к наблюдаемой. Несмотря на гравитационное притяжение Местной группы галактик, на галактики в плоскости влияет дополнительная масса, распределенная по этой плоскости. Эта удаленная масса уравновешивает гравитацию Местной группы галактик. В то же время за пределами плоскости галактик очень мало, поэтому мы не видим, чтобы объекты приближались к нам с этих направлений.
Давняя загадка наконец разгадана
По словам ведущего исследователя Эвуда Вемпе, это исследование представляет собой первую подробную попытку определить распределение и движение темной материи в окрестностях Млечного Пути и Андромеды. «Мы изучаем все возможные локальные конфигурации ранней Вселенной, которые в конечном итоге могли привести к формированию Местной группы галактик. Здорово, что теперь у нас есть модель, которая, с одной стороны, согласуется с современной космологической моделью, а с другой — с динамикой нашего локального окружения».
Астроном Амина Хелми также положительно отозвалась об этом открытии, отметив, что эта проблема не давала покоя исследователям на протяжении десятилетий. «Я рада, что, основываясь исключительно на движении галактик, мы можем определить распределение массы, соответствующее расположению галактик в Местной группе и за ее пределами».
Подписывайтесь, чтобы узнавать новое о науке каждую неделю!