Der Raum ist wie ein Schwamm; lange, leuchtende Filamente von Tausenden und Millionen von Galaxien wechseln sich mit Hohlräumen ab - schwarzen Löchern, in denen es viel weniger Sternhaufen als der Durchschnitt gibt. Es stimmt, niemand wird gegeben, um das Universum so zu sehen: Egal wo sich der Betrachter befindet, die Streuung von Sternen und Galaxien scheint die innere Oberfläche der Kugel zu sein, in deren Zentrum der Betrachter steht.
Astronomen in der Antike und bis zum Beginn des 20. Jahrhunderts schienen einen flachen Himmel zu haben: Sie wussten, wie man die Entfernung nur zu den nächsten astronomischen Objekten bestimmt - der Sonne, dem Mond, den Planeten des Sonnensystems und ihren großen Satelliten; alles andere war weit weg unerreichbar - so weit weg, dass es keinen Sinn machte, darüber zu sprechen, was näher war und was als nächstes kam. Erst zu Beginn des 20. Jahrhunderts begann der Weltraum an Volumen zu gewinnen: Neue Methoden zur Messung der Entfernung zu entfernten Sternen erschienen - und wir erfuhren, dass es neben unserer Galaxie auch unzählige Sternhaufen gibt. Und am Ende des Jahrhunderts entdeckte die Menschheit, dass ihre einheimische Galaxie in einer der Lücken zwischen den Filamenten des stellaren "Schwamms" kreist - an einem Ort, der selbst für kosmische Verhältnisse sehr leer ist.
Vom Flugzeug zum Volumen
Das menschliche Auge kann ein entferntes Objekt nur dann von einem nahen unterscheiden, wenn diese Objekte nicht zu weit vom Betrachter entfernt sind. Ein Baum wächst in der Nähe und ein Berg am Horizont; eine Person, die vor dem Betrachter in der Schlange steht - und hundert Leute von ihm. Durch die Binokularität können wir verstehen, was weit und was nah ist (mit einem Auge ist dies ebenfalls möglich, jedoch mit geringerer Genauigkeit) und die Fähigkeit des Gehirns, die Parallaxe zu bewerten - die Änderung der scheinbaren Position eines Objekts relativ zu einem entfernten Hintergrund.
Wenn wir uns die Sterne ansehen, sind all diese Tricks nutzlos. Mit einem leistungsstarken Teleskop können Sie die Entfernung zu den sonnennächsten Sternen mithilfe der Parallaxe abschätzen. Hier enden jedoch unsere Fähigkeiten. Das mit dieser Methode erreichbare Maximum wurde 2007 mit dem Hipparcos-Satellitenteleskop erreicht, das die Entfernung von bis zu einer Million Sternen in der Nähe der Sonne maß. Aber wenn Parallaxe Ihre einzige Waffe ist, bleibt alles, was über ein paar hunderttausend Parsec hinausgeht, Punkte auf der inneren Oberfläche der Kugel. Vielmehr blieb es - bis in die zwanziger Jahre des letzten Jahrhunderts.
Die Millenium-Simulation berechnet 10 Milliarden Partikel in einem Würfel mit einer Kante von etwa 2 Milliarden Lichtjahren. Für den ersten Start im Jahr 2005 wurden vorläufige Daten der WMAP-Mission verwendet, die die Reliktstrahlung des Urknalls untersuchte. Nach 2009, als das Planck Space Observatory die Parameter des CMB klarstellte, wurde die Simulation wiederholt neu gestartet, jedes Mal, wenn der Supercomputer der Max-Planck-Gesellschaft einen Monat lang lief. Die Simulation zeigte die Bildung von Galaxien und ihre Verteilung - das Auftreten von Galaxienhaufen und Hohlräumen zwischen ihnen.
Wo im Raum "Schwamm" ist die Milchstraße?
Die Milchstraßengalaxie befindet sich 700.000 Parsec von der nächsten großen Galaxie - Andromeda - entfernt und bildet zusammen mit der Triangulum-Galaxie und fünfzig Zwergsatellitengalaxien die lokale Galaxiengruppe. Die lokale Gruppe ist zusammen mit einem Dutzend anderer Gruppen Teil des lokalen Blattes - eines galaktischen Filaments, Teil des lokalen Superclusters der Galaxien (Supercluster), auch bekannt als Virgo Supercluster; Neben unseren gibt es ungefähr tausend große Galaxien. Jungfrau wiederum ist Teil des Laniakei-Superclusters, der bereits etwa 100.000 Galaxien enthält. Die nächsten Nachbarn von Laniakea sind der Supercluster Hair of Veronica, der Supercluster Perseus-Pisces, der Supercluster Hercules, der Leo-Cluster und andere. Das uns am nächsten liegende Stück kosmischer Leere, der lokale Eingang, befindet sich auf der anderen Seite der Milchstraße, die nicht dem lokalen Blatt zugewandt ist. Von der Sonne bis zum Zentrum der lokalen Leere sind es ungefähr 23 Mpc, und sein Durchmesser beträgt ungefähr 60 Mpc oder 195 Millionen Lichtjahre. Und dies ist ein Tropfen auf den heißen Stein im Vergleich zu der wahrhaft großen Leere, die uns möglicherweise umgibt.
Im Jahr 2013 kam eine Gruppe von Astronomen zu dem Schluss, dass sich die Milchstraße und damit die nächsten Galaxien - der größte Teil von Laniakea - inmitten einer wirklich riesigen Leere befinden, die etwa 1,5 Milliarden Lichtjahre lang ist. Wissenschaftler haben die Menge an Strahlung verglichen, die von nahe gelegenen Galaxien und von entfernten Ecken des Universums auf die Erde gelangt. Das Bild sah aus, als ob die Menschheit am äußersten Rand einer Metropole lebt: Das Leuchten über einer großen Stadt beleuchtet den Nachthimmel mehr als das Licht von Fenstern in Häusern in der Nähe. Das riesige Gebiet der relativen Leere wurde KVS-Leere genannt - nach den ersten (lateinischen) Buchstaben der Namen der Autoren der Studie, Ryan Keenan, Amy Barger und Lennox Cowie.
Void PIC ist immer noch Gegenstand von Debatten in der Astronomengemeinschaft. Seine Existenz würde einige grundlegende Probleme lösen. Denken Sie daran, dass eine Leere keine Leere ist, sondern eine Region, in der die Dichte der Galaxien 15-50% unter dem Durchschnitt im Universum liegt. Wenn der KBC-Hohlraum existiert, würde diese geringe Dichte die Diskrepanz zwischen den Werten der Hubble-Konstante (die die Expansionsrate des Universums charakterisiert) erklären, die mit Hilfe von Cepheiden und durch die kosmische Mikrowellen-Hintergrundstrahlung erhalten wurden. Diese Diskrepanz ist eines der schwierigsten Probleme der modernen Astrophysik, da sich die Hubble-Konstante theoretisch wie jede andere Konstante je nach Messmethode nicht ändern sollte. Befindet sich die Milchstraße in einer riesigen Leere, trifft die Reliktstrahlung auf dem Weg zur Erde auf viel weniger Materie als der Durchschnitt im Weltraum. dies zu korrigieren,Sie können experimentelle Daten abgleichen und die Expansionsrate des Universums genau messen.
Theorien über den Ursprung galaktischer Supercluster und Hohlräume
Unmittelbar nach der Entdeckung von Superclustern von Galaxien und Hohlräumen wunderten sich Wissenschaftler über ihren Ursprung - und von Anfang an wurde klar, dass man nicht auf die unsichtbare Masse des Universums verzichten kann. Eine schwammige Struktur kann kein Produkt normaler, baryonischer Materie sein, aus der unsere vertrauten Objekte und wir selbst bestehen. Nach allen Berechnungen konnte seine Bewegung nicht zu der Makrostruktur führen, die heute in der Zeit seit dem Urknall beobachtet wurde. Galaktische Supercluster und Hohlräume konnten nur durch die Umverteilung der Dunklen Materie erzeugt werden, die viel früher begann als die ersten gebildeten Galaxien.
Als jedoch die erste Theorie die Existenz von Fäden und Hohlräumen zu erklären schien, war der Urknall noch nicht diskutiert worden. Der sowjetische Astrophysiker Yakov Zeldovich, der zusammen mit Jaan Einasto begann, die Makrostruktur zu untersuchen, führte seine ersten Berechnungen im Rahmen des Konzepts der dunklen Materie als Neutrino durch, das als Theorie der heißen dunklen Materie bekannt ist. Störungen der dunklen Materie, die laut Zeldovich in den frühen Stadien der Existenz des Universums auftraten, verursachten das Auftreten einer zellulären Struktur ("Pfannkuchen"), die später durch Gravitation baryonische Materie anzog und in etwas mehr als 13 Milliarden Jahren die beobachtete Struktur von galaktischen Superclustern, Filamenten und Wänden und Hohlräumen zwischen ihnen bildete.
Mitte der 1980er Jahre wurde die Theorie der heißen dunklen Materie zugunsten der Theorie der kalten dunklen Materie aufgegeben. Unter anderem unterschied es sich von der Neutrino-Theorie durch die Skalen, auf denen die primären Inhomogenitäten auftraten - kleiner und daher die Existenz des kosmischen "Schwamms" mit seinen hunderttausenden Parsec langen Elementen nicht zu erklären. In den nächsten zwei Jahrzehnten ist es Astrophysikern jedoch gelungen, das "Pfannkuchen" -Modell mit der Mathematik hinter "kalter" dunkler Materie in Einklang zu bringen.
Moderne Computersimulationen zeigen perfekt, wie Schwankungen in der Verteilung der Dunklen Materie im jungen Universum zu galaktischen Filamenten und Hohlräumen führten. Die bekannteste dieser Simulationen wurde 2005 im Rahmen des Millennium Simulation-Projekts auf einem Supercomputer am Leibniz zeigt die Bildung von Strukturen, deren Größe mit dem Laniakei-Supercluster vergleichbar ist - dem, in dem sich unsere Galaxie dreht.
Anastasia Shartogasheva
