Космическая паутина

Космическая паутина (cosmic web) — крупномасштабная структура Вселенной, в которой галактики и скопления расположены не хаотично, а вдоль нитей (филаментов) и стен, окружающих гигантские пустоты (войды). Тёмная материя формирует невидимый скелет этой паутины, а обычная материя «стекает» по нему в узлы — скопления галактик.

Структура: филаменты, стены, войды

Филаменты — вытянутые нити из тёмной и обычной материи длиной десятки-сотни мегапарсеков. Галактики выстраиваются вдоль них, как бусины на нитке. Крупнейший известный филамент — Великая стена Геркулес-Корона Бореалис (обнаружена в 2013 году, длина ~3 000 Мпк) — самая большая структура во Вселенной.

Стены (sheets) — плоские структуры из галактик, расположенные на границах войдов. Великая стена CfA2 (открыта в 1989 году) имеет размеры ~200 × 500 Мпк. Узлы — точки пересечения филаментов, где концентрируются скопления и сверхскопления галактик. Скопление Ланиакея (включающее наш Млечный Путь) — один из таких узлов.

Войды — гигантские области, почти лишённые галактик. Войд Волопаса (Boötes Void), обнаруженный в 1981 году, имеет диаметр ~100 Мпк и содержит лишь ~60 галактик (в типичной области такого размера — тысячи). Войды занимают около 80% объёма Вселенной.

Тёмная материя: скелет паутины

Обычная (барионная) материя составляет лишь 5% энергии Вселенной. Тёмная материя (27%) не излучает свет, но создаёт гравитационные «колодцы», в которые стекает обычная материя. Тёмная материя сформировала структуру паутины ещё в первые сотни миллионов лет после Большого взрыва — задолго до появления галактик.

Процесс: крошечные флуктуации плотности в ранней Вселенной (видимые в CMB) усиливались гравитацией. Более плотные области притягивали больше материи, менее плотные — пустели. За миллиарды лет гравитация «слепила» из первичных неоднородностей нити и узлы паутины.

Как наблюдают паутину

Прямое наблюдение затруднено: тёмная материя невидима, а газ между галактиками слишком разрежен. Три метода: обзоры галактик — картирование миллионов галактик по красному смещению (SDSS, 2dF) выявляет филаменты и войды. Лес Лайман-альфа — поглощение света далёких квазаров водородом в межгалактической среде показывает распределение газа. Гравитационное линзирование — искривление света далёких галактик тёмной материей филаментов.

В 2014 году телескоп Keck обнаружил гигантский газовый филамент длиной 2 Мпк, светящийся в линии Lyman-alpha — первое прямое изображение участка паутины.

Численные симуляции

Millennium Simulation (2005, Институт Макса Планка) — моделирование 10 миллиардов частиц тёмной материи в кубе со стороной 500 Мпк. Воспроизвела паутину с филаментами и войдами, совпадающими с наблюдениями. Illustris TNG (2018) — добавила обычную материю, газовую динамику, формирование звёзд и чёрных дыр. Результат: виртуальная Вселенная, неотличимая от реальной на масштабах больше 10 Мпк.