Первый день занятий по астрономии в старшей школе учитель начал с задания – нарисовать вселенную. Это был умный способ заинтересовать класс, который сразу же показал, что никто из нас не имеет ни малейшего представления о том, как выглядит Вселенная в целом. Отчасти наше невежество объяснялось тем, что в то время (1981 год) ученые мало что знали о строении Вселенной. Это было до того, как мы узнали о темной материи или темной энергии, узнали, что расширение Вселенной ускоряется, и обзавелись многими современными приборами, которые теперь есть у нас для изучения Вселенной и построения модели. Большинство из нас просто нарисовали скопление галактик, но понятия не имели о порядке их строения на самом высоком уровне.
За прошедшие сорок лет астрономы усовершенствовали нашу карту Вселенной. Недавно международная команда ученых построила самую крупную на сегодняшний день 3D-модель Вселенной, используя спектроскопический прибор темной энергии (DESI). Мы рассматриваем Вселенную не только в видимом свете, но и в инфракрасном, ультрафиолетовом, рентгеновском и радиоволновом диапазонах. Мы также открыли новые методы, такие как гравитационно-волновая астрономия и детекторы нейтрино, а также множество новых явлений, таких как быстрые радиовсплески. В то время просто не было идеи составить карту темной энергии Вселенной.
Итак, если бы меня (или, точнее, команду астрономов-экспертов) попросили нарисовать Вселенную, как бы это выглядело? Прежде всего, нам нужно принять во внимание тот факт, что сам вопрос нуждается в некотором разъяснении. Картина Вселенной в различных электромагнитных спектрах выглядела бы по-разному. Радиокарта Вселенной выглядит совсем не так, как инфракрасная карта Вселенной. Мы часто предполагаем, что имеем в виду карту видимого света, но это не обязательно так. Кроме того, что мы отображаем: барионную материю, темную материю, темную энергию или все три вместе? Далее, вселенная четырехмерна, и как мы собираемся это представить? Да, я имел в виду четырехмерность, у нее есть три пространственных и одно временное измерение (о которых мы знаем). Когда мы смотрим на вселенную, мы также оглядываемся назад во времени. Мы никогда не сможем увидеть всю Вселенную сразу, такой, какая она есть “сейчас”. На самом деле “сейчас” — это сложное понятие, когда имеешь дело с такими масштабами. И, наконец, мы можем видеть (по определению) только видимую вселенную, но мы знаем, что есть гораздо больше, чего мы не можем увидеть (потому что это находится за пределами скорости света – мы не можем заглянуть дальше начала Вселенной).
Что меня действительно интересует, так это ментальная карта Вселенной, поэтому нам не нужно беспокоиться о том, как мы собираемся ее представлять. Давайте просто создадим нашу ментальную карту.
Исторически наша коллективная ментальная карта Вселенной претерпела значительные изменения. Вкратце, все началось с того, что в центре была Земля, солнце, луна и видимые планеты вращались вокруг Земли, а неподвижные звезды были далекими светящимися точками. Древние греки поняли, что звезды — это далекие солнца. Затем эта точка зрения сменилась на модель солнечной системы с центром в Солнце, где Земля, планеты и другие тела Солнечной системы вращаются вокруг Солнца. Мы выяснили, что все эти звезды были организованы в гигантскую структуру, галактику Млечный Путь, которая считалась всей Вселенной. В 17 веке французский астроном Шарль Мессье обнаружил первые галактики за пределами Млечного Пути в рамках своих усилий по каталогизации всех нечетких объектов на небе, чтобы их нельзя было спутать с кометами. Однако никто не знал, что это такое, хотя некоторые предполагали, что это могут быть “островные вселенные” за пределами Млечного Пути. Только в 1920 году Эдвин Хаббл обнаружил, что некоторые из нечетких объектов (которые Мессье назвал “спиральными туманностями”) находятся очень далеко, за пределами нашей галактики, и, следовательно, являются самостоятельными галактиками. Удивительно думать, что только за последние 100 лет наша модель Вселенной стала включать в себя множество галактик, а наш собственный Млечный Путь — всего лишь одна из них.
Исходя из этого, мы постоянно совершенствовали наше понимание того, сколько существует галактик, как они расположены и что еще там есть, поэтому я просто перейду к нашей современной карте видимой Вселенной. Во–первых, сколько всего галактик? Оценки варьировались от 100 до 200 миллиардов, но самые последние оценки составляют 2 триллиона, и это отчасти потому, что в настоящее время эти оценки включают множество карликовых или крошечных галактик. В промежутках между галактиками находится в основном очень разреженный газ, состоящий из ионизированного водорода, с примесью небольшого количества других легких элементов. Однако в межгалактическом пространстве также есть звезды-изгои, и, по последним оценкам, половина всех звезд являются межгалактическими. Когда вы представляете вселенную в виде скопления галактик, вы представляете себе только половину звезд.
Это приводит к некоторым интересным вопросам – более или менее вероятна жизнь в межгалактических солнечных системах? Было бы меньше риска от близлежащих вспышек сверхновых или гамма-лучей, а также от попадания на вашу планету объектов за пределами солнечной системы. На самом деле, по оценкам некоторых астрономов, только около 10% галактик были бы достаточно безопасными для развития сложной жизни. А те, на которых может существовать сложная жизнь, должны находиться достаточно далеко от центра, чтобы быть в безопасности. Таким образом, большинство звезд в галактиках вряд ли являются кандидатами на сложную жизнь. Во внегалактических системах, вероятно, также было бы меньше комет, поскольку поблизости нет звезд, которые могли бы выбить их из облака Оорта. Возможно, поэтому большинство инопланетных цивилизаций дрейфуют между галактиками.
Как устроены сами галактики? Галактики организованы в скопления галактик и нити галактик, крупные структуры, связанные взаимным притяжением. Существуют также большие группы квазаров (LQG), образованные из квазаров, которые представляют собой массивные черные дыры, образующие активные ядра галактик. Это крупнейшие структуры во Вселенной (вещество, связанное гравитацией), но как они распределены по всей видимой Вселенной? Короткий ответ – неравномерно. Между густонаселенными регионами существуют огромные пустоты, в которых почти нет материи, похожие на переплетение галактик (см. изображение выше). Если бы вы собирались нарисовать Вселенную, то, вероятно, нарисовали бы именно это. Вдобавок ко всему, вам нужно будет наложить карту темной материи во Вселенной, которая точно соответствует барионной материи (хотя и не совсем точно) и темной энергии.
Я также опускаю многие детали (кстати, это запись в блоге), так что наша мысленная карта может содержать столько деталей, сколько вам захочется. Однако это хорошая отправная точка. Я считаю полезным постоянно обновлять базовую ментальную карту Вселенной, которая помогает мне понимать и соотносить с контекстом новые астрономические открытия. Я также нахожу, что в этом есть что–то очень привлекательное — знать, как выглядит Вселенная.
