‹ Назад

Чи знаєте ви, що якщо ви стоїте на вершині Shard, найвищої будівлі в Лондоні, ви можете подивитися на південь і побачити Францію в ясний день? Коли повітря чисте, воно здається порожнім і прозорим, але повітря далеко не порожнє. Прямо зараз повітря навколо вас містить приблизно десять трильйонів трильйонів атомів на кубічний метр.

Це дуже багато атомів. Якщо ви хочете “побачити” щось більш порожнє, вам потрібно піднятися вище. Приблизно на висоті 100 кілометрів над поверхнею Землі кількість атомів падає приблизно до мільйона трильйонів. А приблизно на третині шляху до Місяця знаходиться близько 7 мільйонів атомів.

А щоб досягти ще пустішого місця, вам доведеться взагалі покинути нашу Сонячну систему і увійти в міжзоряний простір, тобто проміжку між зоряними системами… і він містить приблизно 1 тисячу атомів на кубічний метр. Якщо ви зможете подорожувати ще далі та перейти в простір між галактиками, це число впаде лише до десяти атомів на кубічний метр. Простір між галактиками просто величесний, але дуже й дуже розріджений. 

Але, в той же час, цей простір часто є частиною чогось ще більшого, розташованого вздовж галактик, а саме галактичних ниток, які можуть розгалуджуватися на сотні мільйонів світлових років. Про ці нитки нещодавно вийшло детальне відео, але сьогодні я згадаю про них дуже коротко.

Ці нитки ніби об’єднуються в зосереджені області, які називаються надскупченнями галактик, і якщо розглядати їх у достатньо широкому масштабі, вони взагалі всі якимось чином з’єднуються. Але, очевидне питання, як щодо простору між нитками? Ці величезні проміжки між великомасштабними галактичними структурами? Що ж, ці простори настільки віддалені від будь-якої матерії та настільки порожні, наскільки це можливо у Всесвіті, і ми маємо для них відповідну назву – порожнечі (або войди).

Ми настільки зачаровані іншими галактиками та тим, що могло б існувати деінде, що часто не помічаємо значення пустот між ними. А вони є невід’ємною складовою самого Всесвіту, і вони багато чого розповіли нам про різні фактори формування Всесвіту, починаючи від формування надскупчень галактик і закінчуючи розширенням самого Всесвіту. І сьогодні ми збираємося звернутися до деяких із цих знань, прямуючи безпосередньо у войди.

З чого складається Всесвіт

Вміст макровсесвіту можна розбити на два структурні компоненти – стіни галактик (це ще одна назва галактичних ниток),  де матерія існує в надлишку, і порожнечі – простір між ними. Войд — це величезна, дещо сферична область простору з наднизькою космічною густиною. Ми вимірюємо космічну густину за фізичною кількістю галактик, а не за оцінками маси, тому суто технічне визначення войда звучить трошки інакше - це область із невеликою кількістю галактик – приблизно одна десята від типової кількості  всередині стін. 

У той час як стіни галактик складаються зі структур і ниток, пов’язаних із гравітацією, технічно порожнечі не є «структурами» — це величезні простори МІЖ структурами, але, незважаючи на це, вони є фундаментальною властивістю Всесвіту.

Войди можуть існувати як всередині галактичних стін, так і в просторах між ними. Найменші мають діаметр близько 10 мегапарсеків (нагадаю, що мегапарсек дорівнює приблизно 3,2 мільйонам світлових років, а це означає, що типові порожнечі зазвичай мають ширину щонайменше 30 мільйонів світлових років).

Більші типові войди можуть досягати розміру в 10 разів більшого, що дає їм колосальний діаметр у 300 мільйонів світлових років, або 100 мегапарсек, і саме при такому розмірі ми використовуємо іншу назву для них — супервойди — але навіть вони можуть ставати ще більшими. Порожнини, які утворюються в стінах галактик, менші за порожнечі, які утворюються в просторах Всесвіту з низькою густиною.

Як я вже сказав, ці порожні простори можуть бути набагато більшими, а деякі з найбільших областей, які науковці вже знайшли, мають діаметр понад мільярд світлових років. Важко уявити, наскільки величезний цей масштаб. На сьогодні немає чіткого уявлення щодо співвідношення часток галактичних ниток і войдів у Всесвіті, але ми знаємо точно, що переважна більшість його об’єму складається з цих масивних, майже порожніх просторів низької космічної густини.

Що таке войди?

Космічні порожнечі стали окремою галуззю вивчення астрофізики в 1970-х роках, коли дослідження червоного зсуву стали більш поширеними. До кінця десятиліття порожнечі були виявлені на передньому плані скупчення Волосся Вероніки та скупчення Лева. Відтоді технології зйомки червоного зміщення пройшли довгий шлях вперед, і незабаром ми вперше почали складати карту нашого Всесвіту у все в менших деталях, навіть в 3D. До 1990-х років тривимірні дослідження червоного зміщення, такі як дослідження Лас-Кампанас, виявили та підтвердили велику кількість пустот у всьому доступному для спостереження Всесвіті, і сьогодні ми каталогізували сотні з них.

Найближча до нас — Локальна Порожнеча, яка починається на краю нашої Місцевої Галактичної Групи та простягається на понад 200 мільйонів світлових років у темряву.

Войди існують стільки ж, скільки існує Всесвіт. Це тому, що протягом першої трильйонної частини секунди наш Всесвіт був крихітним, і його вміст перебував під неймовірним тиском. У цьому надщільному первісному бульйоні квантові флуктуації викликали брижі. А потім  всесвіт раптово різко розширився під час події, відомої як космічна інфляція, і перетворився з мікроскопічного на безкінечний.

Отже весь вміст Всесвіту, яким він був на той момент, був радикально подовжений, і крихітні акустичні хвилі тепер поширювалися через величезні космічні відстані, що призвело до формування ранньої плазми Всесвіту, з якої утворилися перші частинки, більш концентровані в одних областях і менш концентровані в інших. Саме у межах цих щільних ділянок почалося формування структури.

По-перше, темна матерія почала об’єднуватися у масивні, але дифузні нитки протягом сотень мільйонів років. А потім баріонна матерія пройшла свій шлях - субатомні частинки стали атомами, атоми стали газовими хмарами, а хмари  стали зорями. Зорі об’єдналися в групи, що сформували перші галактики, а галактики перемістилися в скупчення, які стали надскупченнями.

З цієї причини ці масивні первісні простори між стінами дійсно порожні - сотні мільйонів світлових років позбавлені не лише нормальної матерії, а й темної матерії - усе це згрупувалося в нитки в ранньому Всесвіті та розчистило незбагненні за розмірами прогалини в просторі між ними. Ми насправді не знаємо, наскільки великими можуть стати ці порожнечі, і з кожним новим відкриттям граничні показники стають все більшими. 

А знаєте ще що цікаво? Порожнечі, які виникають у стінах галактик, утворюються, коли гравітаційно зв’язані галактики тягнуться одна до одної, що звільняє навколишній простір під час їхнього зближення. А отже, чим більше галактик зливається, тим сильніший їхній загальний вплив, який притягує більше галактик, і тому цей процес ніби самозміцнюється. Тобто чим більше скупчень, тим більше войдів.

А ще, коли порожнечі утворюються таким чином, що, наприклад, два войди утворюються відносно близько один до одного. В такому випадку створюється ефект сніжної кулі і це призводить до чогось колосального.

Супервойди. Чим вони відрізняються?

Хоча суперпорожнини є дещо менш гламурною для вивчення областю астрономії, одна з них продовжує привертати особливу увагу як в Інтернеті, так і серед науковців - це великий Войд Волопаса, який лежить на краю Надскупчення Геркулеса. 

Ця порожнеча величезна – за різними оцінками, її діаметр становить від 250 до 330 мільйонів світлових років, а об’єм становить понад 200 тисяч кубічних мегапарсеків. Після її відкриття вчені довго сперечалися, чи минуло достатньо часу з моменту початку формування галактичних структур, щоб дозволити існування порожнечі такого розміру. Але, як виявилося, Войд Волопаса насправді не такий вже й незвичайний чи несподіваний. І ключ до розуміння причини прихований у розподілі кількох десятків галактик усередині цього войда. 60 ізольованих галактик існують у просторі, де зазвичай очікуються тисячі, і вони формують трубчасте утворення поблизу центру.

Тепер вчені вважають, що ця труба може бути тим, що залишилося від кордонів двох менших пустот, які злилися, коли вони переросли одна в одну. Майже ідеальна сферична форма порожнечі є результатом ефекту, подібного до «мильної бульбашки». Коли злилися дві великі порожнечі в одну масивну порожнечу вони  залишили галактики, що були на краях кожної з них, застряглими всередині цієї нової надмасивної космічної безодні . На додаток до свого розміру, Порожнеча Волопаса також вважається однією з найбільш моторошно порожніх у своєму роді.

Давайте спробуємо знайти більш зрозумілу і осяжну аналогію. Уявіть собі, що вам потрібно проїхати від центру Києва до центру Лісабона. Припустимо, що це умовний діаметр нашої порожнечі. Так ось 60 галактик, що знаходяться всередині войда Волопаса, якщо їх помістити в довжину одна за одною, займуть на цьому маршруті відстань від Майдану незалежності до кільцевої дороги нашої столиці. А якщо ще врахувати, що порожнеча є тривимірною... 

Таким чином, цей войд отримав прізвисько «Велике Ніщо», адже ця порожнеча дуже спантеличила астрономів в момент свого відкриття в 1981 році. Войд настільки величезний, що навіть світлу потрібні сотні мільйонів років, щоб досягти галактик всередині, а для світла, яке залишає галактики вийти назовні. Фактично, астроном Грег Олдерінг з Університету Міннесоти сказав, що якби людство розвивалося у світі, що знаходиться в межах однієї з цих кількох десятків центральних галактик, ми б не знали про існування інших галактик до 1960-х років. А тепер, уявіть собі вчених цих само 60-х років, які намагаються розібратися в цьому…

Темна енергія

Існує ще одна річ, яку порожнечі допомогли нам трохи краще зрозуміти, це механізм темної енергії — великої невідомої сили, яка розштовхує Всесвіт і прискорює його розширення. Темна енергія розширює Всесвіт у всіх місцях одночасно, а не лише на краях. Не дивлячись на те, що це може здаватися не дуже логічним, але кожна частина космосу зростає з однаковою швидкістю. Це означає, що смуги порожнього простору всередині пустот Всесвіту також збільшуються, відсуваючи краї назовні, змушуючи їх збільшуватися в розмірах у міру старіння Всесвіту. 

Оскільки тепер ми знаємо, що розмір, форма та еволюція супервойдів частково зумовлені розширенням простору всередині, ми можемо використовувати їх для перевірки наших поточних оцінок надлишку темної енергії.

Одночасне існування найбільших пустот, які ми бачимо у Всесвіті сьогодні, вимагає, щоб більше 70% густини енергії Всесвіту становила саме темна енергія, це цифра, яка відносно узгоджується з нашими вимірюваннями космічного мікрохвильового  фону, що є хорошим знаком, виходячи принаймні з дослідницької точки зору. 

Інша річ, для якої ми можемо використовувати космічний мікрохвильовий фон, це вимірювання моделей баріонних акустичних коливань, також відомих як розподіл нормальної матерії та енергії у Всесвіті. На цій карті тепліші області корелюють з нитками, а холодніші — з пустотами та супервойдами.

Усе це узгоджується з нашим поточним розумінням і підтверджує його, за винятком одного місця – холодної точки, що була знайдена космічним апаратом WMAP.

Реліктове холодне п’ятно

На початку 2000-х років реліктове холодне п’ятно, яке, як видно з назви, було надзвичайно холодним порівняно з навколишніми областями, було ідентифіковано в напрямку сузір’я Ерідан. Настільки незвичайною є не температура самої області, а різниця температур між нею та ві дносно теплим кільцем навколо неї. До речі, це п’ятно отримало назву супервойд Ерідана.

Отже, температура всередині відхиляється від зовнішньої приблизно на 70 мікрокельвінів. Вам здається це дуже мало? А якщо я вам скажу, що насправді коливання середньої температури зазвичай становлять трохи менше 20 мікрокельвінів або близько того. Тобто це в три з половиною рази більше. Ба більше, в деяких місцях температура у войді коливається на 140 мікрокельвінів. 

Це було дивовижне відкриття, але яке дуже швидко стало великою загадкою в астрофізиці в 2013 році, коли космічний телескоп «Планк» також підтвердив існування Холодної плями, тим самим виключивши будь-яку ймовірність того, що це помилка апарату WMAP. 

Отже, ця річ насправді існує десь там, але що це таке? Що ж, група вчених припустила, що  за такий температурний дисбаланс може бути відповідальна сама суперпорожнеча. Якщо цей гіпотетичний супервойд Ерідана існує, то він, ймовірно, має діаметр щонайменше півмільярда світлових років і може досягати навіть одного мільярда світлових років, повністю перевершуючи навіть войд Волопаса. 

Поки немає жодного конкретного пояснення Холодної Плями. До того ж різні дослідження виявили суперечливі результати, що стосуються гіпотези супервойда Ерідана, але поки що немає жодного суттєвого доказу як за, так і проти неї. І тому, хоча холодна пляма, принаймні на даний момент, може й не бути супервойдом — це все ще одна загадкова і захоплююча таємниця нашого Всесвіту.

Гаразд, досить теорій і гіпотез, як щодо реального прикладу наймовірної порожнечі, яка має значення саме для нас? Що ж… тут починає з’являтися деяка еластичність терміну «порожнеча».

Де знаходиться Чумацький шлях?

Очевидно, коли ви думаєте про порожнечу, ви думаєте про масивну, практично порожню область, як-от Войд Волопаса, ніби абсолютно порожню щілину між стінами галактики. Ну принаймні я так розповідав трохи раніше. Однак, ми ж пам’ятаємо, що оскільки цей термін стосується не тільки абсолютної пустоти, а й пустоти, що містить певну кількість галактик. Так ось, ці порожнечі можуть містити скупчення та навіть надскупчення галактик і все ще мати цю очевидну недощільність. Так сталося, що найбільша відома порожнеча у Всесвіті містить саме такі галактичні структури.

Найбільший відомий войд, це тей посеред якого зараз сидите саме ви... Це може здатися божевільним, але войд KBC є найбільшою відомою порожнечею, за технічним визначенням, у всьому доступному для спостереження Всесвіті, з нижчою, ніж очікувалося, концентрацією  галактик на приблизно сферичному просторі розміром майже 2 мільярди світлових років. І все ж він містить і вас, і мене, і планети, і галактики, локальну групу галактик і навіть велику частину надскупчення Ланіакея, яке є домом для не менше ніж 100 тисяч галактик. Цікаво ще й те, що ми знаходимося досить близько до центру, умовно кажучи.

Хоча це розміщення не має жодних наслідків для нашого існування, про які ми знаємо, воно має наслідки для наших спостережень за Всесвітом навколо нас. Наше становище порівняно з рештою Всесвіту схоже на життя у віддаленому сільському містечку замість міста, за винятком того, що міста є гігантськими галактичними нитками. Оскільки ці «міста» галактик щільніші за нас, вони чинять на нас гравітаційний вплив, дуже повільно тягнучи нас через порожнечу до ниток. Цей рух насправді може заважати нашим вимірюванням значень червоного зсуву та, ймовірно, призводити до неточних оцінок у наших розрахунках константи Хаббла — нашого показника швидкості розширення Всесвіту. Це може пояснити, чому цифра, яку ми отримуємо в результаті аналізу значень червоного зсуву галактик навколо нас для визначення постійної Хаббла, відрізняється від цифри, яку ми отримуємо в результаті аналізу реліктового холодного п’ятна. А це означало б, що аналіз космічного мікрохвильового фону або відлуння Великого вибуху є більш точним засобом для вивчення розширення Всесвіту - принаймні з нашої точки зору.

У будь-якому випадку, войд KBC показує нам, що не всі «порожнечі» справді відповідають однаковому образу — ми просто знаходимося в менш щільній області простору, ніби перебуваємо в міжгалактичному передмісті Всесвіту.

Ледве не забув, єдиний ПОМІТНИЙ побічний ефект, який має для нас значення, полягає в тому, що наше нічне небо трохи темніше, ніж воно може бути на планетах, що розміщені у галактичних нитках. Але це, безперечно, набагато менш моторошно, ніж було б, якби ми опинилися в центрі войда Волопаса… Тільки уявіть, як це було б, Чумацький шлях - одна із його 60-ти ізольованих галактик усередині. 

У майбутньому, коли Всесвіт стане настільки великим, що всі інші галактики відступлять від нашого поля зору, всюди у Всесвіті, вони будуть майже не пов’язані гравітацією. Тоді вони розширяться у власну масивну ізольовану кишеню Всесвіту, залишаючи неймовірно великі порожнечі в просторі між кожною окремою галактикою. І в далекому майбутньому, коли ентропія досягне максимуму, жодних структур не залишиться, що зробить Всесвіт невимовно величезною космічною порожнечею. Величезні войди в космосі є природною властивістю Всесвіту, яка завжди була і буде. Але пам’ятаємо, що те, що він порожній, не означає, що він не може бути цікавим.