Космическое ничто: зачем мы изучаем пустоты во Вселенной

Устройство нашей Вселенной сложнее , чем может показаться на первый взгляд. Все, что мы видим вокруг – звезды, галактики, черные дыры – составляет лишь 5% от общей массы и энергии космоса. Еще 27% приходится на загадочную темную материю, а 68% – на не менее таинственную темную энергию. Но даже в этих скромных пяти процентах "обычной" материи встречаются области, где практически ничего нет. Они называются "пустотами" и занимают огромные пространства между крупнейшими космическими структурами.

Изучение пустот началось в 1970-х годах, когда астрономы обнаружили их рядом со скоплениями галактик Абелля. Их размеры поражают воображение – от 10 до 100 мегапарсеков в диаметре (то есть примерно 30-300 миллионов световых лет). В этих регионах крайне редко встречаются галактики, что объясняется низкой плотностью материи и, как следствие, слабым гравитационным притяжением.

История формирования пустот уходит корнями в ранние этапы существования Вселенной, когда привычной нам материи еще не существовало, а субатомные частицы находились в горячем и плотном первичном "бульоне". В этой среде возникали барионные акустические осцилляции - колебания, которые распространялись во все стороны, создавая области с разной плотностью.

По мере становления космоса гравитация собирала вещество в массивные сгустки, а между ними возникали огромные разреженные пространства. Расширяющаяся Вселенная увеличивала масштабы пустот, в то время как материя продолжала стекаться к центрам притяжения. Картину древних процессов сегодня помогает воссоздать обзор неба Слоана (SDSS), измеряющий расстояния как между галактиками, так и окружающим их свободным пространством.

Наша Вселенная напоминает большую паутину. Ее каркас составляют филаменты – протяженные нити из темной материи и галактик. На пересечениях нитей образуются узлы, где скопились целые созвездия звездных систем. А между переплетениями раскинулись гигантские сферы практически свободного пространства.

Впрочем, термин "пустоты" весьма условен – в каждой такой зоне сосредоточено около 15% от средней концентрации материи во Вселенной. Но астрономам они представляются почти незаполненными, поскольку там практически нет светящихся объектов и галактик. Любопытно, что следы пустот проступают даже на карте реликтового излучения – первозданного света, путешествующего к нам с тех времен, когда возраст Вселенной составлял всего 380 000 лет.

В разреженных межгалактических пространствах сила тяготения ослабевает – здесь слишком мало частиц привычной нам материи. Проходя сквозь такие участки, световые волны удлиняются, сдвигаясь к красной части спектра. Космологи называют это гравитационным красным смещением – явлением, которое отмечается на карте реликтового излучения как области пониженной температуры.

Пустоты - идеальный полигон для проверки теории относительности Эйнштейна – здесь можно изучать поведение материи при минимальной гравитации. Астрономы уже обнаружили более 6000 подобных регионов, и каждый год открывают новые. Результаты наблюдений могут пролить свет на природу нейтрино, раскрыть загадки темной материи и энергии, а также помочь понять эволюцию всей Вселенной.

Таким образом мы можем узнать много нового и о процессах формирования галактик. Астрономы уже заметили любопытную закономерность: именно здесь чаще появляются звездные системы с бурным образованием новых светил.

Некоторые выдвигают смелое предположение: возможно, наша галактика Млечный Путь тоже расположена в одной из пустот. В таком случае можно было бы естественным путем объяснить то, что скорость расширения Вселенной с нашей точки зрения постоянно увеличивается. Правда, доказательств этой гипотезы пока нет.