Астрономы случайно нашли в космосе огромный пузырь галактик, который может быть «ископаемым» остатком Большого взрыва. «Хайтек» рассказывает, как сформировалась Хоолейлана и что такое акустическая «рябь» зарождения пространства-времени.
Международная группа исследователей под руководством астронома из Гавайского университета обнаружила в паутине галактик огромный пузырь. Находку назвали Хоолейлана — это термин, позаимствованный из гавайского песнопения «Кумулипо», повествующего о сотворении мира. Область пространства, сформированная барионными акустическими осцилляциями, расположена в 820 млн световых лет от Земли и простирается в ширину на 1 млрд световых лет.
Гигантские структуры, подобные Хоолейлана, предсказаны теорией Большого взрыва и космологическими моделями ранней Вселенной. Но до сих пор астрономам не удалось найти ни одну из них. Об открытии исследователи сообщают в статье, опубликованной в The Astrophysical Journal.
Акустическая рябь ранней Вселенной
Современная космологическая теория предполагает, что ранняя Вселенная в течение первых 379 тыс. лет после Большого взрыва была заполнена морем электронов и барионов (нейтронов и протонов). Заряженные частицы, нагретые до сверхвысоких температур, не соединялись в атомы, а существовали в форме ионизированного газа — плазмы.
По мере остывания внутри плазмы происходили два противоположных процесса: с одной стороны гравитация способствовала объединению частиц, с другой — этому процессу противостояло излучение, раздвигающее материю. Это космическое «перетягивание каната» заставляло плазму «пульсировать», формируя гигантские волны — барионные акустические осцилляции (БАО).
После охлаждения Вселенной до температуры ниже 3 000 K в эпоху первичной рекомбинации из плазмы сформировались атомы, и древняя трехмерная «рябь» застыла, словно окаменевшее ископаемое. Самые большая волны БАО в ранней Вселенной зависели от расстояния, на которое могла пройти звуковая волна. Это расстояние, определяемое скоростью звука в плазме, составляло почти 500 млн световых лет.
Считается, что ранние колебания привели к неравномерному распределению материи. Рябь сформировала крупные структуры Вселенной, а на пиках плотности внутри структур, напоминающих огромные пузыри, начали формироваться галактики.
Как проводилось исследование?
Астрономы изучили данные исследования Cosmicflows-4 — крупнейшего обзора, в котором были рассчитаны расстояния до 55 877 галактик. Исследователи не искали специально следы БАО, но визуальный анализ карты с расположением галактик показал необычный пузырь.
Мы его не искали. Он настолько огромен, что доходит до краев того сектора неба, который мы анализировали.
Брент Талли, астроном из Гавайского университета и руководитель исследования
Анализируя расположение галактик с помощью математических методов, исследователи подтвердили наличие структуры сферической формы. По мере удаления от центра этой области наблюдается относительно равномерное увеличение плотности галактик во всех направлениях.
Что увидели ученые?
Пузырь состоит из ранее идентифицированных элементов крупномасштабной структуры Вселенной. В Хоолейлану входят несколько сверхскоплений, каждое из которых содержит до 10 скоплений галактик и простирается на 200 млн световых лет. Например, она включает галактическую нить Великая Стена Слоуна, скопление Волос Вероники и скопление Кома.
В центре Хоолейланы расположен Войд Волопаса — обширное сферическое пространство, простирающееся почти на 300 млн световых лет, в центре которого практически отсутствуют галактики.
Ланиакея — сверхскопление галактик, в которое входит Млечный Путь, по сравнению с Хоолейланой невелико. Область диаметром около 500 млн световых лет простирается до внешнего края нового космического пузыря.
Почему это важно?
Исследователи использовали компьютерное моделирование, чтобы изучить формирование Хоолейланы. Анализ показал, что статистическая вероятность случайного образования такой структуры менее 1%. При этом свойства внешней границы области соответствуют большинству теоретических предсказаний, связанных с влиянием барионных акустических осцилляций на распределение материи в пространстве.
Одновременно Хоолейлана немного больше, чем предполагалось на основе теории стандартной модели космологии и предыдущих попарных исследований разделения галактик. Ее размер соответствует более стремительному расширению Вселенной, чем предполагают существующие теории. Анализ этой гигантской структуры позволит астрономам проверить и уточнить существующие модели раннего развития и эволюции Вселенной.
Очень большой диаметр в один миллиард световых лет превосходит теоретические ожидания. Если его формирование и эволюция соответствуют теории, то этот БАО ближе, чем ожидалось, что подразумевает высокую скорость расширения Вселенной.
Брент Талли, астроном из Гавайского университета и руководитель исследования
Читать далее:
Выяснилось, какие орехи снижают холестерин и сколько их надо есть в день
Посадочный модуль миссии «Чандраян-3» совершил прыжок на Луне и уснул
Физики наблюдали впервые квантовое состояние, предсказанное 50 лет назад: почему это важно
На обложке: иллюстрация Хоолейланы. Изображение: University of Hawaiʻi