В тисках темной энергии

Некоторые астрономы считают, что внутренние процессы, происходящие в галактиках, такие как выделение энергии черными дырами и сверхновыми, затормозили их эволюцию и рождение в них звезд. Однако темная энергия выглядит более фундаментальной силой, способной связать указанные явления. Основной аргумент в пользу данного утверждения — примерное совпадение по времени окончания формирования галактик и их скоплений с началом доминирования темной энергии, что произошло, когда Вселенная достигла «среднего» возраста.

До того времени плотность вещества была так высока, что взаимное притяжение галактик преобладало над влиянием темной энергии. Галактики встречались друг с другом и часто сливались. Когда газовые облака сталкивались внутри галактик, рождались звезды, а когда газ устремлялся к центру звездных систем, росли черные дыры. Но пространство расширялось, вещество редело, и его гравитация ослабевала, в то время как мощь темной энергии не менялась. Со временем баланс сил изменился, и замедленное расширение сменилось ускоренным. Структуры, в которых существовали галактики, разрывались на части, что приводило к постепенному снижению частоты слияния галактик. Межгалактический газ все менее охотно падал в галактики, и черные дыры, лишенные пищи, становились спокойнее.

Вероятно, описанные события и привели к измельчанию популяции галактик. Наиболее массивные гало из темной материи с внедренными в них галактиками располагаются ближе всего к центрам скоплений. Они существуют по соседству с другими массивными гало, поэтому и сталкиваться друг с другом они начали раньше, чем маломассивные системы. При этом в них происходит вспышка звездообразования. Новорожденные звезды ярко светятся, а затем взрываются, разогревая газ и не давая ему сжиматься в новые светила. Так звездообразование заглушает само себя: звезды разогревают газ, из которого они формируются, и тем самым предотвращают рождение новых. Черная дыра в центре такой галактики действует как еще один глушитель звездообразования. Слияние галактик питает газом черные дыры, заставляя их выбрасывать газовые струи (джеты), которые нагревают окружающий газ, не давая ему остывать и сжиматься в новые звезды.

Если в массивной галактике прекратилось звездообразование, то, скорее всего, оно уже не возобновится: газ в таких системах или уже истощился или стал таким горячим, что быстро остыть не может. Массивные галактики могут продолжать объединяться, но звездообразование в них будет очень слабым из-за дефицита холодного газа. В то время как активность массивных галактик слабеет, менее массивные продолжают сливаться и порождать звезды. В результате более крупные галактики обретают свою форму раньше менее значительных, что и подтверждается наблюдениями. Возможно, темная энергия управляет данным процессом, определяя темп кластеризации галактик и частоту их слияния. Она же контролирует эволюцию скоплений галактик.

Далекие скопления, наблюдаемые нами в ту эпоху, когда Вселенная была вдвое моложе, уже были такими же массивными, как и современные, и за последние 6–8 млрд. лет существенно не подросли. Это указывает на то, что слияние галактик в скопления прекратилось в те времена (явный признак влияния темной энергии на крупномасштабное взаимодействие галактик). В середине 1990-х гг. астрономы установили, что скопления галактик не растут последние 8 млрд. лет, и это приписывали меньшей, чем предсказывает теория, плотности вещества. Обнаружение темной энергии сняло противоречие между теорией и наблюдениями.

Пространство пустеет, превращая нашу галактику и ее ближайших соседей в одинокий остров

Еще несколько лет назад исследователи считали, что соседние с нами галактики, известные как Местная группа, т.е. Млечный Путь и его ближайшая соседка Туманность Андромеды со всеми своими спутниками, должны упасть на соседнее скопление в Деве (Virgo). Но сейчас представляется, что нам удастся избежать такой судьбы, и наша планета не станет частью большого скопления галактик. Дело в том, что темная энергия увеличивает расстояние между Землей и скоплением в Деве быстрее, чем местная группа движется туда.

Препятствуя эволюции скоплений, темная энергия контролирует и морфологический состав галактик. В скоплениях есть все условия для формирования разных типов галактик, таких как линзовидные, гигантские эллиптические и карликовые эллиптические галактики. Регулируя их способность объединяться в скопления, темная энергия определяет относительное число разных их типов.

Слияния галактик, активность черных дыр и звездообразование со временем ослабевают и, возможно, данные процессы взаимосвязаны. Обзоры, проводимые телескопом «Хаббл», рентгеновским телескопом «Чандра» и мощными наземными телескопами, дают изображения и спектры, которые позволят в ближайшие годы проследить всю цепь событий. Одно из важных направлений в данной работе — перепись далеких активных галактик и определение времени их последнего слияния. Такой анализ может потребовать разработки новых теоретических подходов, что и планируется осуществить в ближайшие годы.

СЦЕНАРИИ "ЧТО БЫЛО БЫ, ЕСЛИ…"

Если бы во Вселенной было больше темной энергии, она выглядела бы совсем иначе. Космическое ускорение началось бы раньше, вещество разбегалось бы быстрее и остановило бы формирование больших структур еще в зародыше. Если бы темной энергии было меньше, все было бы наоборот. Каждый квадрат на этом рисунке представляет область, размер которой сегодня равен одному миллиарду световых лет и которая содержит 27 млн. частиц, представляющих галактики. В данной модели плотность темной энергии предполагалась постоянной, как в пространстве, так и во времени. Величина — важный космологический параметр, указывающий современную плотность темной энергии Больше темной энергии = 0,99 Наблюдаемое количество темной энергии = 0,75 Нет темной энергии = 0 Ранняя Вселенная: Когда размер Вселенной составляет 1/6 современного, вещество равномерно распределено во всех трех моделях. Темная энергия пока не оказывает заметного влияния Переходный период: Когда размер Вселенной составляет 75% по сравнению с сегодняшним, влияние темной энергии очень велико. В сценарии с мощной темной энергией (верхний ряд) Вселенная выглядит хаотичной. В двух других сценариях формирование структур все еще продолжается: образуются тонкие нити Наша эпоха: во Вселенной с наблюдаемым количеством темной энергии (средний ряд) формирование крупномасштабных структур завершено, при этом тонкие нити оказались застывшими. В сценарии с нулевой темной энергией (нижний ряд) нити продолжают расти