Карта в самом крупном масштабе
В масштабе галактики вещество выглядит комковатым и локальным. Если отдалиться в тысячу раз, проступает узор: галактики выстраиваются вдоль нитей и листов, которые сходятся в плотных узлах и обнимают огромные пустые области. Астрономы называют этот узор космической паутиной.
У её частей есть названия:
- Узлы — скопления галактик, самые плотные места, где пересекаются нити.
- Нити (филаменты) — длинные мосты из галактик, газа и тёмной материи между узлами.
- Стенки (листы) — сплющенные структуры между нитями.
- Войды — почти пустые области, занимающие большую часть объёма Вселенной.
Как она образовалась
Ранняя Вселенная была почти идеально однородной: рябь плотности составляла около одной стотысячной — та самая рябь, которую видно в реликтовом излучении. Гравитация её усилила. Чуть более плотные области притягивали вещество, более разреженные пустели дальше.
В 1970 году Яков Зельдович показал, что гравитационное сжатие сначала идёт вдоль одной оси и даёт сплющенные «блины», затем нити, затем узлы. Эта последовательность — листы, нити, скопления — до сих пор описывает паутину. Основную работу делает тёмная материя, её примерно в пять раз больше, чем обычного вещества; газ и галактики оседают в её каркасе.
Большие компьютерные симуляции вроде Millennium Simulation (Springel et al., Nature, 2005) очень точно воспроизводят паутину из начальной ряби. Совпадение симулированной и наблюдаемой структуры — одна из сильнейших опор стандартной космологической модели.
Как её картографируют
Первые ясные признаки дали обзоры красного смещения 1980-х. В 1989 году Маргарет Геллер и Джон Хукра нашли «Великую стену» — лист галактик длиной в сотни миллионов световых лет. Последующие обзоры, прежде всего Sloan Digital Sky Survey, нанесли на карту миллионы галактик и превратили паутину в подробный трёхмерный атлас.
В 2014 году Брент Талли с коллегами по движениям галактик определили наше родное сверхскопление Ланиакея — около 500 миллионов световых лет в поперечнике, Млечный Путь на его окраине (Nature, 2014).
Увидеть газ в нитях напрямую труднее, потому что он разрежен. С 2019 года глубокие наблюдения получили изображения светящегося газа вдоль отдельных нитей, а в 2020 году быстрые радиовсплески — миллисекундные вспышки, сигнал которых замедляют свободные электроны по пути, — использовали, чтобы пересчитать разреженное обычное вещество между галактиками (Macquart et al., Nature, 2020). Это закрыло значительную часть давнего разрыва в учёте обычного вещества.
Сравнение с мозгом
Изображения космической паутины и нервной ткани похожи, и в 2020 году Франко Вацца и Альберто Фелетти проверили, выдерживает ли сходство измерение. По ряду статистик — как распределены флуктуации плотности по масштабам, сколько связей у каждого узла — числа оказались близкими, несмотря на разницу в размере около 27 порядков.
Если читать результат аккуратно, два очень разных процесса приходят к сравнимой сетевой статистике, вероятно потому, что решают похожую задачу — связать много узлов малым количеством материала. Что это за общая задача и обрабатывает ли Вселенная информацию как сеть, разбирается на странице Может ли Вселенная быть нейронной сетью?.
Открытые вопросы
- Как галактики наследуют вращение и форму от нитей, в которых находятся.
- Сколько обычного вещества находится в самом горячем и разреженном газе нитей.
- Настолько ли пусты и многочисленны войды, как предсказывает стандартная модель; статистика войдов становится проверкой тёмной энергии и гравитации.
Итог
Космическая паутина — скелет Вселенной: нити, стенки и скопления вокруг огромных войдов, выращенные гравитацией из крошечной ранней ряби, с доминирующей тёмной материей. Её картографируют в трёх измерениях по обзорам галактик и всё чаще видят напрямую — по газу её нитей.