Космический скульптор

Изучая новое явление, астрономы обнаружили, что темная энергия не только определяет скорость расширения Вселенной, но и приводит к долговременным последствиям на меньших расстояниях. Переходя от масштабов всей Вселенной к отдельным ее частям, вы в первую очередь замечаете, что вещество распределено в виде паутины — тонких нитей длиной в десятки миллионов световых лет, разделенных пустотами такого же масштаба. Моделирование показывает: чтобы возникла такая картина, потребуются как вещество, так и темная энергия.

В этом нет ничего удивительного. Нити и пустоты не являются связанными телами, такими как, например, планеты. Они не отделены от общего космического расширения и не обладают внутренним равновесием сил. Просто это особенности распределения вещества, возникшие в борьбе космического расширения с его гравитацией. В нашей Вселенной ни один из участников такого сражения не стал победителем. Если бы способствующая расширению темная энергия была мощнее, расширение бы «одержало верх», и вещество рассеялось бы и не сосредоточилось в нитях. А если бы темная энергия была слабее, вещество уплотнилось бы больше, чем сейчас.

Темная энергия может быть главным связующим звеном между различными теориями формирования галактик, ранее считавшимися независимыми

Ситуация усложняется, когда мы переходим к масштабам отдельных галактик и их скоплений. Галактики, в том числе и наша, не расширяются. Их размер контролируется равновесием между гравитацией и орбитальным движением звезд, газа и прочего вещества, из которого они состоят. Галактики растут только за счет аккреции вещества из межгалактического пространства и поглощения других галактик. Космическое расширение не оказывает на них заметного влияния. Таким образом, темная энергия вряд ли поведает нам о том, как они сформировались. То же касается и их скоплений — самых больших объединенных объектов во Вселенной, погруженных в громадное облако горячего газа и удерживаемых гравитацией.

Похоже, темная энергия может быть главным связующим звеном между различными теориями формирования галактик и их скоплений, еще недавно казавшимися независимыми. На это указывает то обстоятельство, что эволюция таких систем частично обусловлена взаимодействием и слиянием галактик, на которые может существенно влиять темная энергия.

Современные теории исходят из того, что вещество бывает двух типов. Первый из них — обычное вещество, частицы которого охотно взаимодействуют друг с другом, а если они имеют электрический заряд, то и с электромагнитным излучением. Астрономы называют такое вещество «барионным», поскольку его основная составляющая — барионы, т.е. протоны и нейтроны. Второй тип — темная материя (не путать с темной энергией), которой очень много. Она составляет 85% всего вещества, а ее характерная особенность состоит в том, что ее частицы не взаимодействуют с излучением. В смысле гравитации темное вещество ничем не отличается от обычного барионного.

Согласно моделям, сразу после Большого взрыва темное вещество начало собираться в сферические сгущения, которые астрономы называют «гало». Барионы же, напротив, сначала не сгущались: взаимодействуя друг с другом и с излучением, они оставались в горячей, газообразной фазе. При расширении Вселенной этот газ остывал, и барионы тоже получили возможность сгущаться. Первые звезды и галактики сформировались из остывшего газа спустя несколько сотен миллионов лет после Большого взрыва — и не в случайных местах, а в центрах гало, состоящих из темной материи, которые к тому времени уже существовали.

Начиная с 1980-х гг. теоретики создали детальные компьютерные модели данного процесса. Например, группы Саймона Уайта (Simon D. M. White) из Астрофизического института Макса Планка в Гарчинге (Германия) и Карлоса Френка (Carlos S. Frenk) из Даремского университета в Англии показали, что первые структуры в основном были небольшими маломассивными гало из темной материи. А т.к. ранняя Вселенная была весьма плотной, эти маломассивные гало (и содержащиеся в них галактики) сливались, образуя системы большей массы. Поэтому формирование галактик было процессом наращивания, наподобие строительства домика из кубиков конструктора «Лего». Мы попытались проверить модели, наблюдая, как далекие галактики сливаются на протяжении космического времени.

Сверхновая 1994D в галактике NGC 4526