NA: Андромеда приближается к Млечному пути, а другие галактики удаляются 

Фото из открытых источников

Международное исследование, проведенное в Гронингене, с помощью компьютерного моделирования разрешило давнюю загадку аномального движения соседних галактик, выявив плоское и протяженное распределение массы, определяющее наше непосредственное космическое окружение.

Решение давнего астрономического вопроса, который не давал покоя ученым полвека, было найдено не благодаря прямым наблюдениям, а благодаря вычислительным мощностям сложных компьютерных симуляций. Международное исследование, проведенное Эвудом Вемпе и профессором Аминой Хельми из Института Каптейна при Университете Гронингена, позволило воссоздать «виртуального двойника» нашей непосредственной космической среды.

Результаты, опубликованные в журнале Nature Astronomy, показывают, что материя — включая неуловимую темную материю — окружающая Местную группу галактик, в которую входят Млечный Путь и Андромеда, преимущественно организована в плоскую, вытянутую структуру, окруженную обширными космическими пустотами. Эта специфическая конфигурация является ключом к объяснению особенностей движения близлежащих галактик, которые до сих пор не поддавались последовательной интерпретации.

Отправной точкой этой загадки стало само открытие Эдвина Хаббла — его революционное открытие расширения Вселенной. Хаббл установил, что подавляющее большинство галактик удаляются от нашей, — явление, описанное законом, носящим его имя, наряду с законом Леметра. Однако даже в его самых ранних наблюдениях существовало заметное и близкое исключение: галактика Андромеды, наш большой спиральный сосед, движется к Млечному Пути со скоростью приблизительно сто километров в секунду.

Эта аномалия, объясняемая взаимным гравитационным притяжением внутри Местной группы, вполне объяснима. Однако долгое время оставалось загадкой поведение других крупных галактик, находящихся близко к нам, за пределами нашей гравитационной группы.

В течение пятидесяти лет астрономы пытались понять, почему эти близлежащие галактики, за исключением Андромеды, систематически удаляются от нас, с удивительной точностью следуя закону Хаббла-Леметра, как если бы значительная масса Местной группы — состоящей из Млечного пути, Андромеды и десятков меньших галактик — не оказывала на них заметного гравитационного воздействия, способного возмущать их траектории. Теоретически предполагалось, что притяжение массивного скопления галактик, подобного нашему, должно вызывать измеримые отклонения в движении этих соседних галактик, отклонения, которые, однако, не наблюдались в обобщенном виде.

Группа исследователей под руководством Вемпе и Хельми в сотрудничестве с учеными из Германии, Франции и Швеции нашла элегантное и надежное объяснение. Их компьютерные симуляции, отличающиеся поразительной сложностью и масштабом, демонстрируют, что распределение массы в области непосредственно за пределами Местной группы не является ни сферическим, ни случайным. Напротив, оно организовано в уплощенную структуру, своего рода протяженный лист или плоскость, простирающуюся на десятки миллионов световых лет. На полюсах этой плоскости, выше и ниже нее, находятся большие пустоты, области пространства с очень низкой плотностью материи. Именно эта особая геометрия определяет наблюдаемое поведение окружающих нас галактик.

Методология исследования была строгой и основывалась на общепринятых космологических представлениях. Алгоритмы начинали свою работу в областях ранней Вселенной, используя распределение масс, основанное на наблюдениях космического микроволнового фона — окаменелого остатка Большого взрыва. Исходя из этих начальных условий и используя мощный компьютер, модель имитировала космическую эволюцию до тех пор, пока не воспроизвела текущие характеристики Местной группы.

Модель учитывала не только массу, положение и скорость Млечного Пути и Андромеды, но и положения и скорости тридцати одной галактики, расположенной непосредственно на внешней границе группы. В результате был создан набор симуляций, которые можно считать подлинными «виртуальными двойниками» нашего космического окружения.

Эти модели позволили точно воспроизвести наблюдаемые скорости тридцати одной окружающей галактики, которые действительно удаляются от нас и точно следуют закону Хаббла–Леметра. Объяснение кроется в динамике, обусловленной плоскостью материи. Для близлежащих галактик, расположенных в этой плоскости, гравитационное притяжение, оказываемое Местной группой, уравновешивается влиянием массы, распределенной на больших расстояниях внутри самой плоскости. Этот крупномасштабный «компенсационный» эффект компенсирует локальное возмущение, позволяя галактикам следовать почти чистой траектории космического расширения.

В то же время модель разрешает еще одно кажущееся несоответствие. В больших пустотах, расположенных выше и ниже плоскости материи, суммарная гравитация Местной группы и плоскости материи действительно могла бы притягивать материю к нам. Однако эти места, где ожидалось бы движение внутрь, являются областями, которые принципиально «невидимы» для галактических наблюдений, поскольку, как следует из их названия, они лишены галактик. Отсутствие светящихся объектов в этих областях объясняет, почему мы не обнаруживаем значительных притоков; проще говоря, там нет галактик, которые могли бы демонстрировать такое движение.

Для Эвуда Вемпе, ведущего исследователя этого проекта, данная работа представляет собой первую подробную оценку распределения и скорости темной материи в области, окружающей Млечный Путь и Андромеду. «Мы изучаем все возможные локальные конфигурации ранней Вселенной, которые в конечном итоге могли бы привести к образованию Местной группы галактик. Удивительно, что теперь у нас есть модель, которая, с одной стороны, согласуется с существующей космологической моделью, а с другой — с динамикой нашей локальной среды», — заявил он.

Профессор Амина Хельми, чья карьера тесно связана с динамикой галактик, выразила явное удовлетворение полученным результатом. Она подчеркнула, что астрономическое сообщество десятилетиями безуспешно пыталось решить эту проблему. «Я рада видеть, что, основываясь исключительно на движении галактик, мы можем определить распределение масс, соответствующее положениям галактик внутри и непосредственно за пределами Местной группы», — заявила она.

Это открытие, результат точной космологии и передовых методов компьютерного моделирования, раскрывает скрытую архитектуру материи в нашем космическом окружении и обеспечивает прочную основу для интерпретации будущих наблюдений близлежащих галактик. Подтверждение того, что мы живем во Вселенной, где материя, как видимая, так и темная, образует нитевидные и плоские структуры в колоссальных масштабах, таким образом, получает новую и фундаментальную поддержку с точки зрения нашего собственного дома во Вселенной.