Вчені виявили, що галактики можуть переміщатися впливаючи одна на одну на величезних відстанях і всупереч передбаченням основних космологічних моделей. Це причина, чому може змінитися все, що ми думаємо про всесвіт.
Наш Чумацький Шлях, галактика, в якій ми живемо, є однією з сотень мільярдів галактик, розкиданих по всьому спостережуваному всесвіту. Їх різноманітність вражає: вони бувають еліптичні, лінзоподібні, у формі спіралі або взагалі неправильної форми.
Але, незважаючи на їх відмінності і приголомшливі відстані між ними, вчені помітили, що деякі галактики рухаються разом, дивним і часто незрозумілим чином, ніби вони пов'язані величезною невидимою силою.
Галактики в межах декількох мільйонів світлових років один від одного можуть гравітаційно впливати один на одного передбачуваним чином, але вчені спостерігають загадкові закономірності між віддаленими галактиками, які виходять за межі цих локальних взаємодій.
Ці відкриття натякають на загадковий вплив так званих «великомасштабних структур», які, як випливає з назви, є найбільшими відомими об'єктами у всесвіті. Ці тьмяні структури складаються з газоподібного водню і темної матерії і приймають форму ниток і вузлів, які пов'язують галактики в обширній мережі, званій космічною мережею. Ми знаємо, що ці структури мають велике значення для еволюції і руху галактик, але ми ледь розуміємо причини динаміки, яка їх рухає.
Вчені прагнуть отримати нові знання про ці явища, тому що деякі з них кидають виклик нашим найбільш фундаментальним уявленням про всесвіт.
«Саме тому всі постійно вивчають ці великомасштабні структури», - сказав Ноам Лібескінд, космограф з інституту астрофізики (AIP) в Німеччині у виданні Vice.com. «Це спосіб дослідження та обмеження законів гравітації та природи матерії, темної матерії, темної енергії та всесвіту».
Галактики мають тенденцію утворювати гравітаційно пов'язані скупчення, які належать ще більшим надскупченням. Наприклад, космічна адреса Землі повинна враховувати, що Чумацький Шлях є частиною Місцевої групи, скупчення з декількох десятків галактик. Місцева група знаходиться всередині надскупчення Діви, що містить понад 1000 галактик.
У цих більш «локальних» масштабах галактики часто пов'язані з обертаннями, формами і кутовими швидкостями один одного. Іноді одна галактика навіть поглинає іншу, подію, відому як галактичний канібалізм. Але деякі галактики показують динамічні зв'язки на відстані, занадто великих, щоб пояснити їх індивідуальні гравітаційні поля.
Наприклад, дослідження, опубліковане у виданні «Astrophysical Journal» у жовтні, показало, що сотні галактик обертаються синхронно з іншими галактиками, які були на відстані десятків мільйонів світлових років.
«Відкриття є абсолютно новим і несподіваним», - говорить Джун Хео Лі, астроном Корейського інституту астрономії і космічних наук. «Я ніколи не бачив жодного попереднього звіту про спостереження або будь-які прогнози з чисельного моделювання, в точності пов'язаних з цим явищем».
Лі та його колеги вивчили 445 галактик на відстані 400 мільйонів світлових років від Землі і помітили, що у багатьох з них, що обертаються в напрямку до Землі, були сусіди, які рухалися до Землі, в той час як у тих, які оберталися в протилежному напрямку, сусіди віддалялися від Землі.
«Спостережувана когерентність повинна мати певний зв'язок з великомасштабними структурами, тому що неможливо, щоб галактики, розділені шістьма мегапарсеками (приблизно 20 мільйонів світлових років), безпосередньо взаємодіяли один з одним», - сказав Лі.
Вчені припускають, що синхронізовані галактики можуть бути вбудовані вздовж однієї і тієї ж великомасштабної структури, яка дуже повільно обертається в напрямку проти годинникової стрілки. Ця основоположна динаміка може викликати певну узгодженість між обертанням галактик і рухами їхніх сусідів, хоча потрібно набагато більше досліджень, щоб підтвердити ці висновки.
Хоча ця конкретна ітерація дивно синхронізованих галактик є новою, вчені спостерігають дивні зв'язки між галактиками на ще більш приголомшливих відстанях. У 2014 році астрономи спостерігали цікаві розташування надмасивних чорних дір в ядрах квазарів, які являють собою стародавні галактики, яких поділяють мільярди світлових років.
На чолі з астрономом Демієном Хатсемекерсом з Університету Льєжа в Бельгії дослідники змогли спостерігати цю дивовижну синхронність, спостерігаючи за всесвітом, коли їй було всього кілька мільярдів років за допомогою Дуже великого телескопа (VLT) в Чилі.
Спостереження зафіксували поляризацію світла від майже 100 квазарів, яку вчені потім використовували для відновлення геометрії і вирівнювання чорних дір в їх ядрах. Результати показали, що осі обертання 19 квазарів у цій групі були паралельні, незважаючи на те, що вони були розділені кількома мільярдами світлових років.
Це відкриття є індикатором того, що великомасштабні структури впливали на динаміку руху галактик на величезних відстанях у ранньому Всесвіті.
«Відомо, що осі обертання Галактики збігаються з великомасштабними структурами, такими як космічні нитки, але це відбувається в менших масштабах», - кажуть вчені. «Однак в даний час немає пояснення, чому осі квазарів вирівняні з віссю великої групи, в яку вони вбудовані».
Секрет цих синхронізованих галактик може становити загрозу космологічному принципу, одному з основних припущень про Всесвіт. Цей принцип свідчить, що Всесвіт переважно однорідний у надзвичайно великих масштабах. Але «існування кореляцій на квазарних осях у таких екстремальних масштабах стало б серйозною аномалією для космологічного принципу».
Тим не менш, астрономи попереджають, що необхідно виявити і вивчити більше таких структур, щоб довести, що це серйозна проблема в космологічному принципі. «Інші такі структури необхідні для підтвердження реальної аномалії», - кажуть вчені.
На даний момент динаміка квазарів не зовсім зрозуміла, тому що існує небагато спостережних методів для їх уточнення. «Що стосується великомасштабних вирівнювань, ми, по суті, чекаємо більше даних», - сказав Деміен Хатсемекерс. «Такі дослідження є статистичними, і крок вперед вимагатиме великої кількості поляризаційних даних, які нелегко зібрати за допомогою сучасних приладів».
Однак квазарні вирівнювання - не єдині перешкоди, які дивно синхронізовані галактики пред'явили усталеним моделям всесвіту. Фактично, одна з найбільш спірних дискусій в космології в ці дні зосереджена навколо несподіваного способу, за допомогою якого карликові галактики здаються акуратно вирівняними навколо великих галактик-господарів, таких як Чумацький шлях.
Ці супутникові галактики в даний час є великою проблемою для так званої моделі ^ CDM, яка являє собою теоретичну часову шкалу Всесвіту з часів Великого вибуху. Моделювання Всесвіту в рамках моделі ^ CDM пророкує, що малі супутникові галактики опиняться на випадкових орбітах навколо великих галактик-господарів.
Але за останнє десятиліття нові спостереження показали, що величезна частина супутникових галактик навколо Чумацького Шляху синхронізована в одну акуратну орбітальну площину. Спочатку вчені задавалися питанням, чи означає це просто щось дивне, що відбувається з нашою власною галактикою, але подібна площина спостерігалася і навколо Андромеди.
Це відкриття передбачає, що щось не так зі стандартними космологічними моделями.
Будь то дивні рухи карликових галактик у нашому власному галактичному сусідстві або дивне розташування галактик протягом мільйонів або мільярдів світлових років, ясно, що рухи галактик є важливим ключем до розкриття великомасштабної структури всесвіту.
Галактики, які ми бачимо в статичних положеннях на красивих знімках у глибокому космосі, насправді управляються багатьма складними силами, які ми ще не повністю усвідомили, включаючи космічну мережу, яка приховує таємниці всесвіту.