valivanch

3/9/2015 23:46

Черное облако Барнард 68 в созвездии Змееносца
Эту дыру в космосе называют облаком, но она – образец пустоты.

Снимок: http://www.dailygalaxy.com/.a/6a00d8341bf7f753ef0162fd32dda0970d-pi
-Пустота (или войд – от англ. void) – пустынный участок вселенной.Говорят, кто попадет туда, миллионы лет будет ждать встречи…-

ИЗ ИСТОРИИ ПУСТОТЫ

Еще в XVIII веке философ Кант предположил, что вселенная похожа на сеть.В 1933 году астроном Жорж Лемэтр (George Lemaître) нашел во вселенной знаки структуры: более и менее плотные места в расширяющемся пространстве.В 1960-е годы астрономы получили трехмерные изображения космоса и стали изучать распределение галактик, но считали, что оно случайное.В 1970 году Жерар де Вокулёр (G. de Vaucouleurs) заявил, что галактики лежат не случайно, а в каком-то порядке, и засомневался в Большом Взрыве.В 1977 году Михкель Йыэвээр и Яан Эйнасто открыли пустоты и объяснили их как часть ячеистой (клеточной) сети пустот и созвездий.В 1981 году Роберт Киршнер (R.Kirshner) открыл огромную Пустоту Волопаса.В 1982 году Яков Зельдович написал, что связь пустот и галактик показывает всю историю развития вселенной.В 1983 году замечено, что пустоты расширяются (Fujimoto, 1983).В 1984 году Icke рассчитал, что пустоты, как правило, сферы.В 1986 году Валери де Ляпаран (V.de Lapparent) создала новую карту наблюдений и подтвердила, что распределение галактик не случайно: крупные структуры включают скопления галактик, их нити и пустоты.В 1987 году Адриан Мелот (A.Melott) высчитал, что размер пустот зависит от свойств вещества: при горячей материи они шире.В 1991 году Icke и R.Van de Weygaert создали геометрическую модель вселенной, в которой пустоты играли важную строительную роль.В 1991 году Regoes и M.Geller показали модели, в которых развитие вселенной вело к клеточной структуре с пустотами.В 1992 году спутник COBE обнаружил колебания реликтового излучения: это были знаки образования структур материи в ранней вселенной.В 1994 году Sahni написал обобщающий труд о развитии пустот.В 1995 году Барбара Райден (B.Ryden) предложила использовать пустоты-сферы, чтобы измерять расширение вселенной. Она установила, что красное смещение и скорости галактик искажают вид, размеры и свойства пустот.В 2001 году J.Peebles дал обзор теории и наблюдения пустот и указал, что по стандартной космологии в пустотах не должно быть галактик.В 2004 году Sheth и R.van de Weygaert разработали модель распространения и развития разных по размеру пустот.В 2005 году Furlanetto и Piran создали модель распространения пустот и развития галактик внутри пустот.В 2005 году S.Patiri заметил, что галактики в пустотах лежат в ряд, как «нити».…и так далее.
-

Местная Пустота (Local Void)
Галактика NGC 6503 - на ее краю, но в центре снимка
Снимок: NASA, ESO – Hubble, 2015, июнь.

http://cdn.spacetelescope.org/archives/images/screen/heic1513b.jpg-

МЕСТНАЯ ПУСТОТА

Местная Пустота (Local Void) лежит в Скоплении Девы. На краю у нее – скопление галактик (Местный Объем), куда входит наш Млечный Путь.Местную Пустоту открыли в 1987 году Брент Талли и Рик Фишер.  Они обнаружили в ней всего две карликовые галактики: KK 24б и ALFAZOA J1952+1428.Она окружена материей со всех сторон, кроме одного участка, где нет признаков вещества, и что там дальше, не известно.Местная Пустота занимает шестую часть неба. Размер ее пока не ясен: в 2008 году Б.Талли насчитал от 40 до 60 мегапарсек, а сейчас в ней видят от 45 до 70 мегапарсек. Эту длину вычислили по одинокой карликовой галактике Eso 461-36, которая летит из глубины пустоты к ее границе со скоростью более 200 км/сек. Говорят, что Скопление Девы и Великий Аттрактор притягивают эту галактику, а сама пустота выталкивает ее.Местная Пустота выглядит совсем пустой. В 1998 году астроном И.Караченцев искал в ней хотя бы карликовые галактики, но ничего не нашел. Однако  с 2001 года в ее дальней половине находят редкие тусклые созвездия (в ближней половине – настоящая пустота). В 2010 году О.Насонова и И.Караченцев установили, что галактики там в пять раз менее плотные, чем снаружи, менее яркие и более старые.Одни ученые говорят, что в Местной Пустоте меньше галактик, чем должно быть, и она опровергает Большой Взрыв, но другие возражают, выискивают там новые созвездия, и подсчеты продолжаются…Сейчас установили, что Местная Пустота состоит из трех меньших пустот, разделенных тонкими галактическими «нитями».В 2005 году японский астроном Y.Iwata и его группа измерили скорости галактик и расстояния между ними вблизи Местной Пустоты и вывели, что она расширяется со скоростью 320 км/сек. Одни ученые считают, что пустота растет оттого, что галактики (в том числе Млечный Путь) удаляются от нее, а другие думают, что пустота сама толкает вещество и гонит галактики (но как она это делает, объясняют туманно).В целом Местная Пустота – большая загадка, и ее разгадки – впереди.Раньше пустоту находили и в центре Млечного Пути, но сейчас признали, что это была ошибка, вызванная межзвездной пылью, и тот случай как бы предостерег ученых: пустоты не любят поспешных выводов – они любят тайны…
-

Пустоты в Млечном Пути
Компьютерная модель
-
СВОЙСТВА ПУСТОТ

Общие свойства пустот – загадка. Даже как они возникли, не ясно. Обычно считают, что они образуются, когда части вещества стягиваются и освобождают место. По теории, в ранней вселенной пустоты были малы, а потом росли.Пока нет общих правил распределения пустот. По оценкам, они занимают половину вселенной или больше (до 90%). Их находят между тонкими стенами («нитями») галактик.  Но эти нити рассеиваются: галактики удаляются.Первый список пустот составили в 1994 году: набрали 27. Потом их стали искать, и в 2012-м насчитали 901 (P.Sutter), а в 2014-м астрономы из Пенсильвании проверили весь каталог звезд (SDSS) и наметили 20 000 новых кандидатов…О статистике пустот можно судить по работе А.Тихонова и И.Караченцева. В 2006 году они изучали участок неба радиусом в 7,5 мегапарсека и подсчитали, что там 355 галактик, а пустоты – три четверти объёма. Пустоты они поделили: 6 – широкие (от 30 мпк³), 24 – средние, «пузыри» (от 5 до 30 мпк³) и 52 малые, «поры» (до 5 мпк³). Они установили, что галактики вокруг пустот старше прочих и в них больше водорода…Размер пустот – от одного до сотен мегапарсек в диаметре, чаще – от 10 до 50.Глубина многих пустот еще остается загадкой.Чем выше средняя плотность вещества, тем меньше там размеры пустот.Самые широкие пустоты – Волопаса (100 мегапарсек в поперечнике), Козерога (230 мпк; но она еще не доказана) и Эридана (по оценкам, 280 мпк)…Форма пустоты обычно вытянутая. Чем больше пустота, тем она ближе к форме сферы. Но сферы – только пустоты, изолированные от других. Пустоты-сферы пересекаются и образуют иные формы: «гантель», «бумеранг», «цепь».Структура пустот сложная. В компьютерных моделях они делятся нитями галактик. Еще пустоты делят на два типа: пустота в облаке (void-in-cloud) и пустота в пустоте (void-in-void), или подпустота (subvoid). Первые чаще мелкие, вторые – крупные.Крупная пустота состоит из мелких ячеек. Например, одна из пустот, которая огибает Местный Объем, включает 56 сферических ячеек.В 1982 году открыли крупную пустоту (Bahcall & Soneira) и позже нашли в ней не меньше трех пустот, которые стоят в ряд, как стена (их назвали Стена Пустот).Пустоты не совсем пусты. Сначала думали, что в них нет видимой материи, ни звёзд, ни иных тел, но скрыта невидимая. Однако позже признали, что там нет следов невидимого, ни радиоволн, ни кривых лучей света, зато можно найти редкие галактики, звезды и облака пыли и газа, даже такие, из которых рождаются звезды, поэтому сейчас пустотами называют «области с низкой плотностью вещества». Те, кто говорил, что там вакуум, теперь говорят, что в среднем там один атом на кубический метр…Пустота пустеет от центра: ее плотность растет к краю, до галактик вокруг нее – там пик плотности вещества, которая дальше падает до средней во вселенной.По расчетам развития вселенной, у пустот должна быть масса. На практике эта масса – больше пыль и газ, а не звезды. Но иногда там находят и галактики.Галактики в пустотах – необычные. Возможно, их развитие там было затруднено. Они чаще карликовые, одинокие, желтоватые, с молодыми звездами, и газа там в два-три раза больше, чем у созвездий в плотной среде.Карликовые галактики пустоты держатся у ее края, в глубине – редко, и там они, как правило, изолированные. Яркость галактик уменьшается вглубь пустоты.В 2014 году астрономы, работавшие на англо-австралийском телескопе, увидели группу тусклых галактик, которые были выстроены в пустоте, у ее края, в ряды, в каждом по несколько галактик. Этот необычный строй назвали «усиками».Компьютерные модели показывают, что пустоты разных размеров и плотности ведут себя так, словно они такие, как выглядят: возможно, у них нет скрытых свойств.Пустоты расширяются, что соответствует модели нынешней космологии.Но в 2007 году выяснили, что пустоты расширяются быстрее, чем думали.Установлено, что края пустот расширяются ускоренно и быстрее, чем середина. (Правда, некоторые астрофизики утверждают, что скорости в пустоте зависят от плотности и центр расширяется быстрее, чем края). На краю пустоты с радиусом в 15 мегапарсек скорость убегающих от нее галактик – 220 км/сек.В 2008 году Б.Талли отметил, что именно из-за Местной Пустоты скорость ближних к ней галактик на 260 км/сек выше, чем у реликтового излучения (странно высокая скорость галактик – загадка с 1988 года [Faber & Burstein]).В 2010 году выделили три «динамических типа пустот» (Lavaux & Wandelt):1. “true” – 40% – истинные – расширяются в трех измерениях;2. “pancake” – 50% – блиноподобные – сжимаются в одном измерении, но расширяются в двух других – выглядят, как истинные, но двигаются иначе;3. “filament” – 10% – нитевидные (филаментарные) пустоты.Движение в пустоте проще, чем в плотных областях, менее хаотично. Но если пустота – не сфера, ее поведение сложнее: возможно, из-за влияния другой пустоты.Поведение пустот отчасти соответствует линейной теории ( Hamaus et al., 2014).Компьютерные модели показали, что некоторые пустоты могут сжиматься в очень плотные области (Gottlöber et al. 2003; Colberg et al. 2005), но этого пока никто не видел.
-

Где искать Пустоту Волопаса в северном полушарии
Но увидеть ее нельзя: она закрыта ближними к нам звездами
Снимок: http://astrobob.areavoices.com/files/2014/09/Big-Dipper-Arcturus-with-Void_edited-1.jpg
-
ПУСТОТА ВОЛОПАСА

Пустота Волопаса (Boötes Void) лежит у созвездия Волопас. От Земли до ее центра – 700 млн световых лет.  Это – почти сфера, ее диаметр – от 250 до 330 млн световых лет, объём – 236 000 кубических мегапарсек.Пустоту Волопаса открыл в 1981 году Роберт Киршнер (Robert Kirshner). Раньше ее не видели, потому что она закрыта светом звезд: и тех, что ближе, и тех, что дальше.В конце 1970-х Киршнер и его группа измеряли светимость и скорость галактик в трех малых и близких областях созвездий Boötes и Corona Borealis, но когда узнали об открытии пустот, заметили нехватку галактик в этих областях и предположили, что весь этот участок может быть «пустотой на миллион кубических мегапарсек». В 1983 году они взглянули на небо шире и подтвердили пустоту.  В 1987 году они составили ее карту ( map of the void ), измерили ее и насчитали только треть объявленного миллиона, но это была самая крупная тогда пустота.Другие астрономы тоже начали изучать эту пустоту и вскоре нашли в ней галактики. Уже в 1987 году там насчитали восемь галактик. Затем поиск галактик в пустоте Волопаса стал модным спортом среди ученых, и в 1988 году нашли еще три галактики, а в 1989-м – пятнадцать. В 1993-м было известно 27 галактик, а в 1997-м – 60. Но этого по-прежнему было мало: обычно участок космоса такого размера насчитывает от 2 до 10 тысяч ярких галактик. Правда, астрономы еще рассчитывают найти в этой пустоте карликовые галактики, но совсем немного...Астроном Грег Олдринг (G.Aldering) сказал: «Будь Млечный Путь в центре пустоты Волопаса, мы бы не видели других галактик до 1960-х годов» (мы их увидели в 1920-х).Еще загадка: галактики в этой пустоте в среднем ярче, чем на ее краях.И общая загадка пустот: галактики в пустоту не влетают – только отлетают от нее.И есть мнение, что во многих местах пустоты никогда не было галактик!Ученые до сих пор не могут понять, как образовалась эта пустота. В компьютерных моделях небольшие пустоты возникают, когда галактики стягиваются и уходят со своего места. Но это не объясняет пустоту Волопаса: чтобы освободить ее, галактикам не хватило бы времени жизни вселенной. Если учесть возраст вселенной и скорость ее расширения, размер пустоты вырос бы на десятки миллионов световых лет, но не на сотни. Пустыня Волопаса слишком велика, чтобы подходить под эти расчеты.Поэтому возникла новая теория: крупные пустоты сложены из мелких, как большой мыльный пузырь из меньших. На это может указывать положение галактик в пустоте Волопаса: они выстроились в ряд, и это может быть остатком двух пустот, которые слились. Так считает, например, Олдринг (Aldring, 2012).Но другие полагают, что эта пустота требует исправить теорию Большого Взрыва.Блогер Михаил Анисимов написал, что эта пустыня - идеальный вакуум, где частицы вещества летят через миллионы световых лет без стычек и перемен, и для них эта пустота – хранилище неподвижного времени… Время там стоит!
Среди прочих версий есть и крайняя: пустота Волопаса – плод цивилизации Кардашёва третьего уровня (Kardashev III): некая очень развитая цивилизация собрала галактики и прячет их в полости Дайсона, что и объясняет сферическую форму пустоты. Эта версия далека от нынешней науки, но ей противоречат и другие версии, и даже факты…-

Сфера Дайсона. В ней, быть может, живут те, кто разумнее нас...
-

Пустота Тельца (Taurus Void) у созвездия Персея
Видимые звезды - перед ней или за ней...
-
ПУСТОТА И ВСЕЛЕННАЯ

Пустоты – важная часть структуры вселенной. Их долго недооценивали, не могли найти, измерить и разглядеть, но с развитием телескопов их роль стала очевидной.«…Большинство галактик сосредоточено в сверхскоплениях галактик, выстроенных, как струны. Между сверхскоплениями лежат огромные объемы почти без видимых объектов... Крупные структуры изменяются очень медленно, поэтому наблюдаемые структуры отражают всю историю формирования галактик и эволюции структур» (Я.Зельдович, Я.Эйнасто, С.Шандарин, 1982).«Пустоты размером от 10 до 50 мегапарсек – главный элемент строения вселенной» (van de Weygaert & Platen, 2009).Ученые верят, что изучение пустот прояснит развитие и законы вселенной.Пустоты проще и постояннее плотных областей, поэтому должны лучше хранить остатки ранней вселенной: следы их движения – знаки ее перемен.Более того, модельные расчеты (Gottloeber, 2003) показывают, что сами пустоты по структуре – копии вселенной.В 1970 году Я.Зельдович указал на роль крупных структур в развитии вселенной. Он считал, что в ранней вселенной ударные волны взрывов сжимали вещество в первые плоские скопления галактик, «блины», а снаружи оставались пустые участки – похожие на пустоты, которые открыли позже.В 1977 году М.Йыэвээр опубликовал книгу «The cell structure of the universe», в которой доказывал, что у вселенной – единая клеточная (ячеистая) структура.В 1977 году М.Йыэвээр и Я.Эйнасто заявили на симпозиуме в Таллине: «Численные эксперименты показывают, что ячеистая структура не может возникнуть путем случайного скучивания. Мы думаем, что структура имеет первичное происхождение и образовалась до того, как сформировались галактики и скопления галактик...».Открытие пустот показало, что «ячейки» – не только теория, но и факт.В 1979 году М. Йыэвээр и Я.Эйнасто опубликовали книгу «Evidence from the structure of superclusters that superclusters formed prior to galaxies». Они доказывали, что галактики, их скопления и пустоты образуют единую сеть, а скопления возникли до галактик, оттого и вытянуты в ряды. (В 2006 году Я.Эйнасто рассчитал, что новые галактики не возникают с тех пор, как плотность вещества вокруг них ниже среднего уровня).Позже Я.Эйнасто изучал сверхскопления Персей, Андромеда и Пегас и подтвердил, что скопления галактик «расположены в порядке, напоминающем пчелиные соты огромных размеров», и чем ближе к стыкам ячеек, тем плотнее вещество: галактики собраны на границе пустот-ячеек, а в ячейках галактик почти нет.В последующие годы многие ученые писали, что крупные пустоты и скопления звезд образуют единую структуру, в которой чередуются, как ячейки (Van de Weygaert & Icke 1989; Broadhurst et al. 1990; Tully et al. 1992; Saar et al. 2002…).Плодом поиска пустот можно считать и открытие двух Великих Стен галактик: стены Слоуна и блиноподобной стены Кома. Там сверхпустоты лежат с обеих сторон стены галактик или создают ее. Это объясняет, почему они смотрят в одну сторону: пустоты расширяются туда, где галактики сжимаются.Кроме вопроса о структуре вселенной, пустоты изучают еще по ряду причин:1) там больше, чем где-либо, заметна антитяга («темная энергия»);2) там уникально свободное поле для движения частиц;3) там измененное фоновое излучение и магнитное поле;4) там необычные объекты, например, изолированные галактики;5) там удобное место для проверки разных моделей вселенной.Однако пустоты вызывают и вопросы, на которые пока нет ответа.В 1993 году Валери де Ляпаран рассчитала, что пустоты слишком пусты для модели Большого Взрыва: там должно быть на сотни галактик больше, чем видно (она указала, что должны преобладать карликовые и тусклые галактики).В 2001 году Джим Пиблз подтвердил, что модель Большого Взрыва предсказывает слишком много невидимой массы в пустотах…Поиск тайной массы пустот не дает плодов, и ученые ищут иные подходы.Есть мнение, что в пустотах правит темная энергия и в них – ее разгадка.Другие, наоборот, видят в пустотах ключ к новой теории гравитации, без темной материи и темной энергии: если гравитация – разная в разной по плотности среде, надо изучать разные плотности, и пустоты – образец среды с крайне низкой плотностью вещества. В густой среде ученые не ждут перемен гравитации, но в разреженной допускают области (скалярные поля) с разным тяготением. В моделях вселенной со скалярными полями пустоты возникли раньше и растут быстрее, чем в стандартной космологии (Li, 2011), для которой большой размер пустот – необъяснимая тайна…Ученые пока не проводили крупных конференций о «структурах низкой плотности», но активно ищут пустоты, чтобы измерить их, понять, как они созданы, узнать их состав, уловить, как они двигаются и изменяются, изучить среду вокруг них, предсказать их будущее.Чтобы лучше понять пустоты, изучают ближние.А чтобы узнать, расширяется ли пустота, изучают соседние с ней галактики, и если их скорость меньше, чем у далеких от нее, это знак того, что она расширяется.Есть много способов поиска, но они дают разные формы и размеры пустот, поэтому попытки построить единую модель пустоты пока неудачны.Наблюдение за пустотами идет через красное смещение, их вид искажен расширением вселеннной и скоростями галактик, и это мешает узнать их настоящие свойства, поэтому ученые ищут новые способы наблюдения и возвращаются к радиотелескопам.Наука о пустотах сейчас только зарождается…
-
Галактика NGC 6503 на краю Местной ПустотыОна лежит в 18 млн св. лет от Земли, ее размер – треть Млечного Пути.Красные пятна газа разбросаны по закрученным "рукавам" галактики
и  смешиваются с голубыми участками, где рождаются звезды.В центре галактики – молодая черная дыра со слабым излучением:
ей словно не хватает пищи, но когда она проглотит свою галактику,
в пустоте ей будет совсем голодно…Снимок: NASA, ESO – Hubble, 2015

http://cdn.spacetelescope.org/archives/images/publicationjpg/heic1513a.jpg

http://valivanch.livejournal.com/132776.html