Космос. Иллюстрированная история астрономии и космологии - Джон Норт

и нас окружает скопление, состоящее примерно из двадцати галактик (Местная группа)35, расстояния между которыми исчисляются несколькими миллионами световых лет. Не следует игнорировать гравитацию, проявляющуюся на таких расстояниях: например, М31 движется в нашем направлении под воздействием гравитации со скоростью около 100 километров в секунду. Некоторые скопления гораздо более многочисленны. Наша Местная группа находится неподалеку от гораздо большего скопления в Деве, насчитывающего порядка двух тысяч членов и представляющего собой физический центр нашего Местного сверхскопления. (Последнее иногда называют Сверхскоплением Девы.) Его огромная масса воздействует на все галактики и группы галактик, но сильнейшей гравитации скопления в Деве достаточно для того, чтобы разогнать членов своей группы до скоростей, превышающих 1500 километров в секунду по отношению к центру масс. В последнюю четверть XX в. много внимания уделялось сложной динамической структуре всех этих огромных, но неоднородных совокупностей галактик.

В 1975 г. Г. Чинкарини и Х. Дж. Руд заявили, опираясь на проведенное ими исследование, что им удалось обнаружить неоднородное распределение материи в единице объема размером около 20 миллионов световых лет. На съезде МАС, состоявшемся в 1977 г., несколько астрономов сообщили, что нашли области пространства, почти лишенные галактик, – пустоты (так называемые «войды»), имеющие несколько сотен миллионов световых лет в поперечнике. Годом позже С. А. Грегори и Л. А. Томпсон получили доказательства существования относительно пустой области пространства вокруг большого семейства галактик (в общей сложности – более трех тысяч), известного как Сверхскопление Волос Вероники. (Здесь есть определенная путаница в наименованиях: надо иметь в виду, что указанное сверхскопление состоит в основном из двух меньших скоплений – Волос Вероники и Льва. Они получили свои имена по названию созвездий, где их обнаружили.) Постепенно стала выстраиваться некоторая картина мира галактик, оказавшегося и правда довольно комковатым, и в конце 1980‐х гг. стало казаться, будто их распределение напоминает нечто вроде мыльных пузырей – иногда больших, иногда маленьких, в каждом из которых галактики располагаются на поверхности пузыря, оставляя внутреннее пространство относительно пустым. Впервые детальная структура этой трехмерной картины была подробно проработана Маргарет Геллер, Джоном Хакра и Валери де Лаппарен из Гарвард-Смитсоновского астрофизического центра. Одна из любопытных структур, впоследствии ими обнаруженных, – «Великая стена» галактик, слоистое образование, покрывающее огромную площадь, но при этом удивительно тонкое (см. ил. 246). Когда они впервые обнаружили его, были высказаны серьезные сомнения насчет того, возможно ли, чтобы гравитация позволила выстроить такое большое образование, и аналогичные сомнения возникли насчет еще большей структуры, обнаруженной в Слоановском цифровом обзоре неба, законченном в 2005 г., в котором представлена карта миллиона галактик, охватывающих четверть неба, видимого из обсерватории Апач-Пойнт в Нью-Мексико. В итоге и в том и в другом случае сомнения были развеяны посредством компьютерного моделирования. Нет нужды говорить, что Слоановская Великая стена вызвала интерес у астрономов и математиков всего мира. Размер, безусловно, имеет значение.

246

В 1988–1989 гг. Маргарет Геллер и Джон Хакра изучали данные, полученные в результате обследования 1060 галактик, и открыли то, что они назвали «Великой стеной». Этот слой галактик, простирающийся на 250 миллионов световых лет, обладает площадью порядка 200×600 миллионов световых лет и толщиной всего лишь 20 миллионов световых лет. (Приведенные значения сильно варьируются.) Он занимает более трети всего неба (от 8h до 17h прямого восхождения и от +26° до +32° склонения). Основную часть этой стены составляют сверхскопления Волос Вероники и Геркулеса общей массой 1016 масс Солнца.

Что касается образования скоплений, было бы неплохо задаться уточняющим вопросом о том, насколько высоко простирается указанная иерархия. В природном мире существует множество объектов (перья, папоротники, наши бронхи и т. д.), которые представляют собой структуру, повторяющуюся в меньших масштабах, если разглядывать их в микроскоп. Это некий раз за разом повторяющийся иерархический порядок. В гораздо более ранних исследованиях математик Бенуа Мандельброт открыл общий характер подобных структур и описал их в 1980 г. Он назвал их «фракталами». Легкость, с которой образы «множеств Мандельброта» генерируются на персональном компьютере, сделала эту идею популярной и в конечном счете привела к возникновению распространенного интернет-культа. Может быть, наша Вселенная является фракталом, в том смысле, что помимо скоплений существуют скопления скоплений и так далее до бесконечности? (Идеи Шарлье, высказанные по этому вопросу столетием ранее, приведены выше на с. 844.) Насколько известно, не существует никаких структур, превышающих по сложности те, что перечислены выше. Их обнаружение чрезвычайно актуально для современных исследований по истории Вселенной. К концу XX в. было достигнуто согласие относительно того, что в случае выбора гораздо большего масштаба, например при подсчете галактик в кубическом объеме со стороной один миллиард световых лет, их количество, а также количество их структур будет повсеместно одним и тем же.

Если скопления и сверхскопления галактик распределяются равномерно (в очень больших масштабах), то их гравитационные воздействия должны компенсироваться, но сверхскопления Девы и Гидры-Кентавра, являющиеся нашими ближайшими соседями в космическом масштабе, не уравновешиваются ничем сопоставимым с противоположной стороны, и поэтому должны воздействовать на нашу Галактику гравитационными силами. Мы видели, как начиная с 1920‐х гг. выяснялся характер движения Солнца вокруг центра нашей Галактики, но как обстоят дела с движением самой Галактики? В 1970‐х гг. Джордж Смут с коллегами пытались найти следы этого движения в реликтовом излучении. Спутник «COBE» (Cosmic Background Explorer – Исследователь космического фонового излучения) был еще делом будущего, и они запускали свои детекторы на большую высоту на «шпионских» самолетах «U‐2». Они обнаружили, что наша Галактика движется со скоростью 600 километров в секунду в направлении скопления Девы. Они как бы продолжили маршрут, проложенный Гершелем в поисках солнечного апекса, но в гораздо более широком масштабе.

Можно ли продвинуться еще дальше? Скопление Девы наверняка притягивается более удаленными скоплениями и сверхскоплениями, но наша Галактика уже не будет напрямую включена в это движение. В 1994 г. Алан Дресслер из Института Карнеги в Пасадене (штат Калифорния) опубликовал книгу, посвященную этой проблеме: «Путешествие к Великому аттрактору: Поиски в межгалактическом пространстве». Он описывает проект, длившийся в течение пяти лет, в ходе которого он и шесть его коллег (они называли себя «Семь самураев») открыли, что несколько сотен галактик, включая нашу, совокупно втягиваются в какое-то невероятное средоточие массы. Название, которое они для него подобрали, – «Великий аттрактор» – пополнило общественное воображение еще одним объектом типа «Великой стены». Согласованные движения на очень больших масштабах, словно дома на плавучем острове, демонстрируют, что невидимая масса действительно очень велика. Остается невыясненным – существуют ли другие сопоставимые по величине аттракторы, распределенные по всей Вселенной, и какую роль играет в этом явлении темная материя.

Гораздо проще решить проблему сглаженности космического фонового микроволнового излучения. В 1992 г. «COBE» предоставил новые впечатляющие данные о неоднородности. В 1974 г. Джон Мазер, будучи молодым студентом Колумбийского университета, отослал в НАСА скромный проект разработки подобного зонда. Эту идею решили поддержать. План заключался в использовании всех возможных вариантов поиска по направлениям с измерением силы сигналов, по своему виду похожих на обнаруженные в 1964 г. Пензиасом и Уилсоном. Одной из наиболее сложных проблем, с которой столкнулись Мазер с коллегами в Центре космических полетов им. Годдарда (во главе коллектива снова стоял Джордж Смут), стало микроволновое излучение, испускаемое нашей Галактикой, от улавливания которого следовало избавить спутниковые детекторы. Для измерения уровня излучения на слабо разнящихся длинах волн использовалось три разных детектора, затем они сравнивались с помощью компьютера. В декабре 1991 г. ученые располагали данными, показывающими, как представлялось, отчетливые признаки флуктуаций – характерную пятнистость на картах излучения, как