Вселенная, которую мы видим, не совсем та Вселенная, которая есть. Как мы переводим?
«В космическом масштабе наша жизнь незначительна, но этот короткий период, когда мы появляемся в мире, и есть время, когда возникают все содержательные вопросы».
- Поль Рикёр
Спросите любого, кто смотрел на темное небо в ясную безлунную ночь, и вы немедленно услышите рассказы о том, насколько непостижимо огромна Вселенная. Тысячи звезд, каждая со своей космической историей, вырисовываются над головой, а также бескрайние просторы Млечного Пути, легко почувствовать себя ошеломленным.
Но то, на что вы смотрите, не так уж и много во Вселенной. На самом деле, практически каждая точка света, которую вы видите, включая обширные полосы звезд, слишком тусклых для индивидуального разрешения, исходит из нашей собственной галактики Млечный Путь или очень близко к ней. Как мы знаем из поколений телескопов, обсерваторий, наблюдений, а также физиков и астрономов, Вселенная простирается далеко за пределы этого.
Есть сотни миллиардов галактик (по крайней мере) в нашей наблюдаемой Вселенной, разбросанных, с нашей точки зрения, по сфере радиусом около 46 миллиардов световых лет.
Если бы мы смотрели на это как человеческие существа, мы были бы ограничены биологией наших глаз. Мы очень хорошо приспособлены для того, чтобы видеть в условиях хорошей освещенности, в межгалактическом пространстве мы справились бы несколько хуже; мы смогли бы увидеть только самые близкие и самые яркие из всех источников света, что, скорее всего, ограничило бы нас всего несколькими дюжинами галактик, максимум, если бы мы оказались в случайном месте.
В действительности мы находимся в нашей собственной галактике, и поэтому у нас есть тысячи и тысячи звезд на переднем плане, которые мы должны игнорировать, когда заглядываем вглубь Вселенной. Мы также знакомы с использованием таких инструментов, как телескопы и/или камеры - , одна или обе из которых необходимы, чтобы увидеть даже близкие яркие галактики, такие как Мессье 109, выше - , чтобы улучшить наше понимание того, что там находится.
Неудивительно, что многие из нас мечтают отправиться в путешествие по Вселенной, чтобы увидеть то, что находится за пределами нашего локального царства. Как здорово было бы увидеть все галактики и то, как они слипаются и собираются вместе, разные формы, которые они принимают, и то, как будет выглядеть такой пролет.
Какое это было бы приключение.
Каким бы фантастическим ни было видео выше, оно состоит всего из примерно 400 000 галактик, занимающих относительно ничтожную долю наблюдаемого объема нашей Вселенной: около 0,0001% того, что нам доступно.
Разве мы не можем сделать лучше?
Недавно проект Cosmic Flows Project снял потрясающее видео (озвученное с сильным французским акцентом), представляющее собой 17-минутное путешествие по локальной Вселенной в пределах 300 000 000 световых лет. Это замечательный взгляд не только на наш Млечный Путь, нашу местную группу и наше ближайшее сверхскопление (сверхскопление Девы, от которого мы находимся на окраине и которое содержит около 100 000 галактик), но и за его пределы, на поблизости обнаружены крупнейшие сверхскопления и пустоты!
Когда у вас будет время, вы обязательно захотите посмотреть все целиком.
Но вы можете посмотреть на это и задаться вопросом, как мы это понимаем: откуда мы знаем, как на самом деле выглядит Вселенная? С нашей точки зрения здесь, на Земле или даже в космосе из какой-то части нашей Солнечной системы , есть много информации, которую нужно отфильтровать и понять.
Самая простая вещь, которую вы можете сделать, на самом деле уводит вас очень далеко: вспомните закон Хаббла или тот факт, что не только Вселенная расширяется, но и расстояние от нас до галактики прямо пропорционально скорости ее удаления.
Оказывается, красное смещение - довольно простое свойство галактики для измерения, поэтому, если вы знаете закон Хаббла, вы можете сделать вывод, насколько далеко находится эта галактика.
Ну вроде. Закон Хаббла дает очень хорошее приближение для средних расстояний, особенно в больших масштабах. Но закон Хаббла не учитывает все красное смещение объекта. Есть также очень незначительная проблема (это сарказм) всей остальной материи во Вселенной и гравитационных эффектов, которые она оказала на каждую галактику, с которой успела взаимодействовать за последние 13,8 миллиарда лет.
Материя обладает раздражающим свойством: она слипается и слипается, и это потому, что гравитационное притяжение заставляет ее двигаться. Не поймите меня неправильно, это отлично подходит для многих вещей, но не очень хорошо, когда вы пытаетесь выяснить, насколько далеко на самом деле находится объект, когда вы измеряете только его движение!
Каково влияние гравитации? Он создает искажения вдоль луча зрения, известные как искажения красного смещения.
Как вы можете видеть слева, эти искажения создают видимые линии или полосы, направленные радиально к вам. Мы называем эти особенности Пальцами Бога. Эти эффекты возникают из-за того, что галактики, сгруппированные вместе, движутся быстрее как к центру скопления, так и от него, что приводит к их рассеянию по красному смещению.
Есть и менее заметный эффект, когда скопления движутся друг относительно друга и распадаются на сверхскопления и филаменты; на самом деле они имеют обратный эффект в больших масштабах, создавая более плоские черты в очень больших масштабах. Некоторые называют это эффектом Кайзера (в честь Ника Кайзера), но я всегда называл их Блинами Бога.
Потому что, знаете, когда дело доходит до Бога, я представляю, что пальцы и блины идут рука об руку.
Итак, как мы преодолеваем эти искажения пространства красного смещения? Хотите верьте, хотите нет, но это один из случаев, когда симуляции нам очень помогли! Благодаря тому, как структура формируется на протяжении истории Вселенной, из ее гравитационной эволюции, мы можем выяснить, как именно на всех масштабах расстояний сгруппированные объекты переходят из пространства красных смещений, которое легко измерить, в реальное пространство, которое Вселенная, в которой мы на самом деле живем.
Другими словами, симуляции говорят нам, как отменить фальшивые эффекты, которые создают эти искусственные «пальцы и блины», возвращая нас к Вселенной, какой она есть на самом деле.
На данный момент мы понимаем кластеризацию в нашей Вселенной - , а также темную материю и темную энергию, от которых - зависит осуществление этого преобразования, с невероятно высокой степенью достоверности. Итак, мы начинаем с одного и того же: мы измеряем красное смещение галактик и наносим их на график соответствующим образом.
Но затем мы используем все, что знаем о массе, материи и гравитации, чтобы понять, как эти галактики сгруппировались вместе, и составить карту - в меру наших возможностей - их пекулярных скоростей или их скорость относительно потока Хаббла. Вычитая эти пекулярные скорости, мы можем получить оценки их положения в реальном пространстве и, следовательно, того, насколько далеко в каждом направлении находится каждая галактика.
Эффекты «пальцев» (и эффекты блинов) не реальны; когда мы учитываем гравитационное притяжение объектов во Вселенной, мы обнаруживаем, что реальная, наблюдаемая Вселенная точно согласуется с тем, что предсказывает наше моделирование.
Космическая паутина - структура, которую образуют галактики, группы, скопления и нити в самом большом из всех масштабов - реальна и впечатляет.
И именно поэтому Вселенная выглядит за пределами Перстов Бога!
Оставляйте свои комментарии на форуме Starts With A Bang в блогах Scienceblogs.