Вселенная стремится к распаду: как тёмная материя разрушает космос

На просторах глубокой Вселенной существуют отдаленные регионы, простирающиеся на сотни миллионов световых лет, лишенные значительной материи, за исключением редких атомов водорода или следов радиации. Эти огромные пустоты известны как космические, и они способны в конечном итоге поглотить всю Вселенную.

Фото: Fotodom.ru/ REX Features

Чтобы понять природу пустот, мы должны выйти за пределы Солнечной системы, галактики Млечный Путь и даже соседних групп и скоплений, составляющих нашу космическую окрестность. Мы должны увеличить масштаб настолько, чтобы галактики, в каждой из которых находятся сотни миллионов звезд, казались просто пятнышками света.

В таких космических масштабах перед нашими глазами разворачивается удивительная структура. Галактики в нашей Вселенной не разбросаны беспорядочно, как крупинки соли на столе; вместо этого они выстраиваются в крупнейшую структуру, встречающуюся в природе. Возникают плотные скопления, содержащие тысячи галактик, соединенных между собой вытянутыми нитями, похожими на огромные шоссе с многочисленными галактиками вдоль них. Эти нити переплетаются между собой, образуя обширные стены.

Космическая паутина

Эта огромная структура известна как "космическая паутина". Она напоминает состав галактик подобно тому, как ваше тело состоит из микроскопических клеток.

В настоящее время пустоты занимают более 80 процентов объема Вселенной, но обладают менее чем десятой частью ее общей массы. Хотя блеск звезд и галактик в космической паутине привлекает наше внимание, именно пустоты, пустые пространства между этими структурами, действительно управляют космосом. Открытые в начале 1980-х годов, эти космические пустоты доминируют в объеме Вселенной, указывая на то, что большая часть нашей Вселенной характеризуется абсолютной пустотой.

При достаточном внимании можно обнаружить небольшие, слабые карликовые галактики, рассеянные в этих пустотах. Кроме того, космос пронизывают скудные потоки излучения и частиц. Тем не менее, пустоты остаются лишенными какой-либо существенной структуры или концентрации материи.

Происхождение пустот

Семена космических пустот были посеяны в самые ранние моменты существования Вселенной, еще до образования первых звезд и галактик. В то время материя во Вселенной была почти идеально однородной, с мизерными, случайными микроскопическими вариациями — чуть больше материи здесь и чуть меньше там.

По мере старения Вселенной эти различия усиливались. Гравитация, хотя и была крайне слабой силой, сохранялась. Области Вселенной, в которых было чуть больше материи, оказывали чуть более сильное гравитационное притяжение, заставляя больше материи тяготеть к этим областям и истощать окружающие области. По мере накопления материи гравитационное притяжение усиливалось, что приводило к дальнейшему истощению окружающей среды. В течение сотен миллионов лет этот процесс привел к возникновению космической паутины, сначала в виде небольших сгустков, которые зажглись как первые звезды, затем образовались и слились небольшие галактики, что в конечном итоге привело к образованию огромных скоплений галактик, нитей и стен.

По мере того как богатые регионы становились богаче, менее удачливые регионы становились беднее. Пустоты вначале проявлялись как небольшие, шипящие впадины в гладкой и гармоничной ткани. Однако по мере того, как космическая паутина расширялась, расширялись и пустоты, поскольку их материя устремлялась в гравитационные объятия массивных светящихся структур.

Пустота наделяет скрытой силой

В конце 1990-х годов две группы астрономов сделали революционное открытие: расширение Вселенной ускоряется. С каждым днем наша Вселенная увеличивается в размерах все быстрее и быстрее. Это открытие противоречило ожиданиям, поскольку в расширяющейся Вселенной гравитационное притяжение всей материи внутри нее должно постепенно замедлять расширение, а не ускорять его. Последующие эксперименты за последние четверть века подтвердили ускоренное расширение, которое мы теперь называем темной энергией.

Проще говоря, темная энергия остается загадкой. Однако есть подозрение, что это загадочное ускорение является неотъемлемым свойством самого вакуума пространственного времени. Другими словами, темная энергия — это неотъемлемый компонент космоса, способствующий ускоренному расширению во всем мире. Тем не менее, это ускорение незаметно в локальных масштабах. Земля, Солнечная система, Млечный Путь и даже наше непосредственное космологическое окружение не испытывают этого расширения.

Это отсутствие расширения внутри пустот отличает их от других. По определению, пустоты — это пустые пространства, лишенные звезд, газа, пыли или жизни. Следовательно, ничто внутри пустот не противодействует влиянию темной энергии. Таким образом, пустоты расширяются, отталкивая материю от себя и оказывая давление на нити и стены, которые их окружают, поскольку они неустанно расширяются.

Судьба Вселенной

Примерно через 10-20 миллиардов лет космическая паутина с ее величественными галактиками, нитями и стенами распадется. Сначала рассеются нити, поскольку пустоты выдавят их из существования, а затем растворятся стены. Скопления галактик выживут, но каждая из них станет изолированной вселенной, одиноко обитающей в огромном пространстве небытия.

Однако до этого события предстоит проделать большую работу. Хотя темная энергия пронизывает каждый сантиметр пространства-времени, ее проявления наиболее ярко выражены в пустотах. Таким образом, чтобы изучить эту таинственную силу, которая определит будущее Вселенной, мы должны направить свой взгляд в сторону от галактик и скоплений. Интенсивная внутренняя гравитация в этих структурах заслоняет влияние темной энергии. Вместо этого мы должны сосредоточить свое внимание на пустотах.

Космические пустоты являются ключом к пониманию темной энергии. Их рост на протяжении космической истории, их формы, количество и все их свойства дают представление о силе и эволюции темной энергии. Если бы темная энергия имела другую величину или следовала по другой траектории, пустоты проявили бы ее влияние первыми. Астрофизики уже приступили к работе по картированию как можно большего количества космических пустот, чтобы сравнить их характеристики с нашими теоретическими оценками. Благодаря всестороннему обследованию обширных регионов исследователи надеются разгадать нюансы и малопонятные свойства темной энергии.

Тем не менее, еще многое предстоит выяснить. Космические пустоты служат величайшими капсулами времени в космосе. На протяжении миллиардов лет они остаются относительно неизменными. Внутри галактик рождаются и умирают звезды, материя рассеивается и рекомбинирует.

В пустотах содержатся ответы на многочисленные космологические загадки — природа темной энергии, характеристики древнего космоса и многое другое. Поэтому, заглянув в бездну, мы можем получить величайшие знания.