Lo spazio è come una spugna; lunghi e brillanti filamenti di migliaia e milioni di galassie si alternano a vuoti - buchi neri in cui ci sono molti meno ammassi stellari rispetto alla media. È vero, a nessuno è dato di vedere l'Universo in questo modo: non importa dove si trovi l'osservatore, la dispersione di stelle e galassie sembrerà essere la superficie interna della sfera, al centro della quale si trova l'osservatore.
Gli astronomi nell'antichità e fino all'inizio del XX secolo sembravano avere un cielo piatto: sapevano come determinare la distanza solo dagli oggetti astronomici più vicini: il Sole, la Luna, i pianeti del sistema solare e i loro grandi satelliti; tutto il resto era irraggiungibile lontano, così lontano che non aveva senso parlare di ciò che era più vicino e di ciò che era dopo. Solo all'inizio del XX secolo, lo spazio profondo ha iniziato ad acquisire volume: sono apparsi nuovi modi per misurare le distanze da stelle lontane e abbiamo appreso che oltre alla nostra galassia, ci sono anche innumerevoli ammassi stellari. Ed entro la fine del secolo, l'umanità ha scoperto che la sua galassia nativa gira in uno degli spazi tra i filamenti della "spugna" stellare - in un luogo che è molto vuoto anche per gli standard cosmici.
Dall'aereo al volume
L'occhio umano può distinguere un oggetto distante da uno vicino solo se questi oggetti non sono troppo lontani dall'osservatore. Un albero che cresce nelle vicinanze e una montagna all'orizzonte; una persona in fila davanti a chi guarda - e un centinaio di persone da lui. La binocolarità ci permette di capire cosa è lontano e cosa è vicino (con un occhio anche questo può essere fatto, ma con minore accuratezza) e la capacità del cervello di valutare la parallasse - il cambiamento nella posizione apparente di un oggetto rispetto a uno sfondo lontano.
Quando guardiamo le stelle, tutti questi trucchi sono inutili. Con un potente telescopio, puoi stimare la distanza dalle stelle più vicine al Sole usando la parallasse, ma è qui che finiscono le nostre capacità. Il massimo ottenibile con questo metodo è stato raggiunto nel 2007 dal telescopio satellitare Hipparcos, che ha misurato la distanza fino a un milione di stelle in prossimità del Sole. Ma se la parallasse è la tua unica arma, allora qualsiasi cosa oltre qualche centinaio di migliaia di parsec rimane punti sulla superficie interna della sfera. Piuttosto, è rimasto fino agli anni venti del secolo scorso.
La simulazione Millenium calcola 10 miliardi di particelle in un cubo con un bordo di circa 2 miliardi di anni luce. Per il suo primo lancio nel 2005, sono stati utilizzati i dati preliminari della missione WMAP, che ha studiato la radiazione delle reliquie del Big Bang. Dopo il 2009, quando l'Osservatorio spaziale Planck ha chiarito i parametri della CMB, la simulazione è stata riavviata più volte, ogni volta che è stato necessario un mese per il supercomputer della Max Planck Society. La simulazione ha mostrato la formazione delle galassie e la loro distribuzione - la comparsa di ammassi di galassie e vuoti tra di loro.
Dove nella "spugna" spaziale è la Via Lattea?
La Via Lattea si trova a 700 mila parsec dalla grande galassia più vicina - Andromeda - e insieme alla galassia Triangulum e cinquanta galassie satellite nane costituisce il Gruppo Locale di Galassie. Il Gruppo Locale, insieme a una dozzina di altri gruppi, fa parte della Foglia Locale - un filamento galattico, parte del Supercluster locale di galassie (superammasso), altrimenti noto come Virgo Supercluster; oltre alla nostra, ci sono circa un migliaio di grandi galassie. La Vergine, a sua volta, fa parte del superammasso Laniakei, che contiene già circa 100mila galassie. I vicini più vicini di Laniakea sono il superammasso dei capelli di Veronica, il superammasso Perseo-Pesci, il superammasso di Ercole, l'ammasso del Leone e altri. Il pezzo di vuoto cosmico più vicino a noi, l'entrata locale, si trova sull'altro lato della Via Lattea, che non è di fronte alla Foglia Locale. Dal Sole al centro del Vuoto Locale, è di circa 23 Mpc e il suo diametro è di circa 60 Mpc, o 195 milioni di anni luce. E questa è una goccia nell'oceano rispetto al vero Grande Vuoto che forse ci circonda.
Nel 2013, un gruppo di astronomi è giunto alla conclusione che la Via Lattea, e con essa le galassie più vicine - la maggior parte di Laniakea - si trovano nel mezzo di un vuoto veramente gigante lungo circa 1,5 miliardi di anni luce. Gli scienziati hanno confrontato la quantità di radiazioni che raggiungono la Terra da galassie vicine e da angoli distanti dell'universo. L'immagine sembrava come se l'umanità vivesse alla periferia di una metropoli: il bagliore su una grande città illumina il cielo notturno più della luce delle finestre nelle case vicine. La gigantesca area di relativo vuoto è stata chiamata il vuoto KVS - dopo le prime lettere (latine) dei nomi degli autori dello studio, Ryan Keenan, Amy Barger e Lennox Cowie.
Void PIC è ancora oggetto di dibattito nella comunità degli astronomi. La sua esistenza risolverebbe alcuni problemi fondamentali. Ricorda che un vuoto non è un vuoto, ma una regione in cui la densità delle galassie è del 15-50% inferiore alla media nell'Universo. Se il vuoto KBC esiste, allora questa bassa densità spiegherebbe la discrepanza tra i valori della costante di Hubble (che caratterizza la velocità di espansione dell'Universo) ottenuta con l'aiuto delle Cefeidi e attraverso la radiazione cosmica di fondo a microonde. Questa discrepanza è uno dei problemi più difficili dell'astrofisica moderna, perché in teoria la costante di Hubble, come qualsiasi altra costante, non dovrebbe cambiare a seconda del metodo di misurazione. Se la Via Lattea si trova in un vuoto gigantesco, la radiazione reliquia sulla strada per la Terra incontra molta meno materia rispetto alla media nello spazio; correggendo per questo,puoi riconciliare i dati sperimentali e misurare con precisione il tasso di espansione dell'universo.
Teorie sull'origine dei superammassi galattici e dei vuoti
Immediatamente dopo la scoperta di superammassi di galassie e vuoti, gli scienziati si sono interrogati sulla loro origine e sin dall'inizio è diventato chiaro che non si può fare a meno della massa invisibile dell'Universo. Una struttura spugnosa non può essere un prodotto della normale materia barionica, di cui sono composti i nostri oggetti familiari e noi stessi; secondo tutti i calcoli, il suo movimento non potrebbe portare alla macrostruttura osservata oggi durante il tempo trascorso dal Big Bang. I superammassi galattici e i vuoti potevano essere generati solo dalla ridistribuzione della materia oscura, iniziata molto prima della formazione delle prime galassie.
Tuttavia, quando la prima teoria apparve per spiegare l'esistenza di fili e vuoti, il Big Bang non era ancora stato discusso. L'astrofisico sovietico Yakov Zeldovich, che insieme a Jaan Einasto iniziò a studiare la macrostruttura, fece i suoi primi calcoli nell'ambito del concetto di materia oscura come neutrino, noto come teoria della materia oscura calda. Le perturbazioni della materia oscura avvenute nelle prime fasi dell'esistenza dell'Universo, secondo Zeldovich, hanno causato la comparsa di una struttura cellulare ("frittelle"), che in seguito ha attratto gravitazionalmente la materia barionica e, in poco più di tredici miliardi di anni, ha formato la struttura osservata di superammassi galattici, filamenti e pareti e vuoti tra di loro.
Entro la metà degli anni '80, la teoria della materia oscura calda fu abbandonata a favore della teoria della materia oscura fredda. Tra le altre cose, si distingueva dalla teoria dei neutrini per le scale alle quali si verificavano le disomogeneità primarie - più piccole e quindi, sembrerebbe, non spiegano l'esistenza della "spugna" cosmica con i suoi elementi lunghi centinaia di migliaia di parsec. Nel corso dei due decenni successivi, tuttavia, gli astrofisici sono riusciti a conciliare il modello del "pancake" con la matematica alla base della materia oscura "fredda".
Le moderne simulazioni al computer mostrano perfettamente come le fluttuazioni nella distribuzione della materia oscura nel giovane universo abbiano dato origine a filamenti galattici e vuoti. La più famosa di queste simulazioni, eseguita nell'ambito del progetto The Millennium Simulation nel 2005 su un supercomputer presso il Leibniz, mostra la formazione di strutture di dimensioni paragonabili al superammasso Laniakei, quello in cui ruota la nostra galassia.
Anastasia Shartogasheva
