Млечный Путь тянет не одна точка, а целая структура галактик

Наша галактика вместе с ближайшими соседями несётся сквозь космос со скоростью около 600 километров в секунду, и мчится она не просто так, а в сторону вполне конкретной точки на южном небе. Эту точку астрономы назвали Великим аттрактором, и звучит это как название из фантастики. На деле за ним стоит строгая физика гравитации, огромные скопления галактик и загадка, которую до сих пор не решили до конца.

Фото: ESO, CC BY 4.0, Wikimedia Commons. Широкоугольный снимок участка неба в направлении Великого аттрактора: звёзды Млечного Пути и галактики, сам аттрактор на нём как объект не виден

Почему галактики вообще куда-то летят

Вселенная расширяется, и чем дальше от нас галактика, тем быстрее она удаляется. Эту зависимость описывает закон Хаббла: при современном значении постоянной Хаббла около 70 километров в секунду на мегапарсек галактика на расстоянии 65 мегапарсек, то есть примерно 210 миллионов световых лет, должна убегать со скоростью порядка 4500 километров в секунду. Такое движение называют хаббловским потоком, и оно одинаково во всех направлениях.

Но у реальных галактик есть ещё и собственные скорости, их называют пекулярными. Они возникают из-за гравитации соседних масс: галактика падает в сторону тяжёлого скопления, как камень в сторону земли. Измеренные пекулярные скорости достигают примерно плюс и минус 700 километров в секунду, в зависимости от того, в какую сторону от Великого аттрактора смотреть. Для сравнения, это около 15 процентов от хаббловской скорости на расстоянии аттрактора, поправка заметная, но не гигантская.

Первые намёки на то, что расширение неравномерно, появились ещё в 1973 и 1978 годах. Отдельным подтверждением стало реликтовое излучение: небо в нём чуть теплее в одной стороне и чуть холоднее в противоположной, и это «дипольное» различие означает, что Местная группа галактик, куда входит и Млечный Путь, движется относительно космического фона. Именно этот поток и нужно было объяснить.

Как семь астрономов нашли невидимую цель

В 1986 году группа из семи исследователей, которую в научной среде прозвали «семь самураев» (Бёрстейн, Дэвис, Дресслер, Фабер, Линден-Белл, Терлевич и Вегнер), измерила расстояния примерно до 400 эллиптических галактик и сопоставила их с красными смещениями. Для расстояний применили соотношение между размером и дисперсией скоростей звёзд внутри галактики. Результат оказался неожиданным: огромная область неба, включая нашу окрестность, течёт в одном направлении, как вода к стоку.

Источник этого потока лежал в направлении созвездий Наугольника и Южного Треугольника, а именно там небо закрывает наша собственная галактика. Плоскость Млечного Пути забита звёздами и пылью, и за ней теряется заметная часть внешнего неба. Астрономы называют эту полосу зоной избегания. Сквозь пыль плохо проходит видимый свет, поэтому пришлось применять инфракрасные и рентгеновские телескопы, а также радиоволны.

В 1990-х наблюдения, в том числе рентгеновские, указали, что центром области, вероятнее всего, является скопление галактик в Наугольнике, известное как Abell 3627 или скопление Наугольника. В нём много крупных старых галактик, некоторые из них сталкиваются друг с другом и ярко излучают в радиодиапазоне. Расстояние до этой области оценивают в диапазоне от 150 до 250 миллионов световых лет, причём более новые данные ближе к верхней границе.

Что это такое с точки зрения физики

Великий аттрактор не чёрная дыра, не пустота и не особая сущность. Это область повышенной плотности вещества, в основном тёмной материи, где сосредоточены скопления и сверхскопления галактик. Наблюдаемое притяжение требует массы порядка 10 в степени 16 масс Солнца. Для сравнения, масса Млечного Пути оценивается примерно в один-два триллиона солнечных масс, то есть аттрактор тяжелее нашей галактики в тысячи раз.

В 2005 году рентгеновский обзор CIZA показал, что масса скопления Наугольника заметно меньше первоначальных оценок, примерно в десять раз. Значит, одно это скопление не объясняет всей картины, и тянет нас не один объект, а большая структура. К ней относят Стену Наугольника, или Стену Великого аттрактора, массивную нить галактик, в которую входят скопления Наугольника, Павлина II, Центавра и Южного Креста и скопление CIZA J1324.7-5736. Она тянется в сторону Центавра и Парусов.

Были и скептические работы. В 1992 году заметную часть исходного сигнала связали с систематической ошибкой выборки, известной как смещение Малмквиста: на больших расстояниях в каталоги попадают в основном яркие галактики, и это искажает оценки. Однако сам поток галактик в этом направлении подтверждён другими методами, поэтому спор идёт о деталях: о массе, расстоянии и о том, насколько велика доля самого аттрактора в общем притяжении.

Аттрактор внутри Ланиакеи

В сентябре 2014 года в журнале Nature вышла работа Брента Талли, Элен Куртуа, Иегуды Хоффмана и Даниэля Помарэда. Они предложили определять сверхскопления не по густоте галактик, а по движению: каждое сверхскопление это «бассейн притяжения», где все скорости направлены к общему центру, примерно как реки сходятся к одной низине. Бассейн, в котором находится Млечный Путь, получил гавайское имя Ланиакея, что можно перевести как «безмерное небо». Название предложил Навайа Наполеон, и оно отдаёт дань полинезийским мореплавателям.

По оценкам, Ланиакея содержит массу около 10 в степени 17 масс Солнца, то есть примерно в сто тысяч раз больше Млечного Пути, и вмещает порядка ста тысяч галактик. Её поперечник составляет несколько сотен миллионов световых лет, а привычное нам сверхскопление Девы лишь одна из её частей. Центром бассейна считается как раз Великий аттрактор.

Есть и важная оговорка: Ланиакея недостаточно плотна, чтобы быть гравитационно связанной, и по мере расширения Вселенной она, как считают исследователи, должна рассеиваться. То есть аттрактор не держит галактики вечно. А пока мы просто «стекаем» к центру бассейна, и скорость стока составляет сотни километров в секунду.

Притяжение и отталкивание: что ещё влияет на наше движение

Картина оказалась сложнее, чем «нас тянет одна точка». Сам Великий аттрактор тоже движется в сторону более далёкого Сверхскопления Шепли, лежащего за ним. Значит, мы падаем на аттрактор, а он падает на скопление Шепли, и конечная цель оказывается дальше, чем кажется.

В 2017 году Хоффман, Помарэд, Талли и Куртуа описали так называемый дипольный отталкиватель, центр эффективного отталкивания в крупномасштабном потоке галактик рядом с нами. Слово «отталкивание» здесь не означает антигравитацию. Это область с пониженной плотностью вещества: окружающая материя притягивается к более плотным соседям и в итоге «утекает» из неё, и со стороны это выглядит как выталкивание. Наше движение складывается из притяжения плотных областей и недостатка притяжения с противоположной стороны.

Мифы и факты

• Миф: аттрактор это чёрная дыра, которая поглотит Млечный Путь. Факт: это рассредоточенная масса галактик и тёмной материи, расстояние до неё сотни миллионов световых лет, а мы лишь слегка дрейфуем в её сторону.
• Миф: аттрактор невозможно изучать. Факт: его исследуют в инфракрасном, рентгеновском и радиодиапазонах, а карты скоростей галактик позволяют отслеживать поток даже там, где свет закрыт пылью.
• Миф: всё давно решено. Факт: вопросы о точной массе, расстоянии и роли отталкивателя остаются открытыми, а оценки продолжают уточнять.

История Великого аттрактора хорошо показывает, как работает наука: странное движение галактик заметили, предложили объяснение, нашли его слабые места и построили более широкую картину. Когда-нибудь новые обзоры, вероятно, ещё сильнее изменят карту нашего космического окружения, а самая интригующая часть этой карты по-прежнему скрыта за светящимся диском нашей собственной галактики.