Kosminiai kūnai ir struktūros dažnai yra didesni, nei geba suvokti mūsų protai, išsivystę bėgiojimui savanose. Net ir astronominis vienetas – atstumas tarp Saulės ir Žemės, maždaug 150 milijonų kilometrų – visiškai išsprogdina mums smegenis, ką jau kalbėti apie 200 tūkstančių kartų didesnį parseką, kiloparsekus ir megaparsekus. Bet Visatai mūsų jausmai ir mąstymo gebėjimai – nė motais. Darinių čia randame tokių, kad net jei patys padidėtume iki planetų ar netgi žvaigždžių dydžio, jie vis dar būtų nesuvokiamai milžiniški.
Ir visgi suprasti bei nagrinėti juos galime. Pasitelkdami matematiką, skaitmeninius modelius bei supratimą apie fizikos dėsnius pažabojame ir didžiausias struktūras Visatoje. Pirmoje straipsnio dalyje pasakojau apie galaktikų telkinius – grupes ir spiečius. Šiandien metas imtis dar didesnių darinių – superspiečių ir viso kosminio voratinklio.
Šį pažintinį straipsnį parašiau, nes turiu daug dosnių rėmėjų Contribee platformoje. Ačiū jums! Jei manote, kad mano tekstai verti vieno-kito euro per mėnesį, prisijungti prie rėmėjų galite ir jūs.
Panašiai kaip galaktikos telkiasi į spiečius, taip ir galaktikų spiečiai nėra išsidėstę visai atsitiktinai. Jie irgi būriuojasi į didesnius telkinius, vadinamus superspiečiais. Pagrindinis spiečiaus ir superspiečiaus skirtumas – tvarkingumas. Spiečiuose galaktikose gerai susimaišiusios, tad juose nėra mažesnių substruktūrų. Tuo tarpu superspiečiai susimaišyti dar nespėjo. Skirtumą paaiškinti gali ta pati relaksacija, kurią aprašiau pirmojoje straipsnio dalyje. Trumpai tariant, kuo objektas didesnis ir sudarytas iš daugiau sudedamųjų dalių, tuo ilgiau užtrunka, kol tų dalių (šiuo atveju, galaktikų) orbitos nusistovi tam tikroje pusiausvyroje. Keli kvadrilijonai Saulės masių yra riba – masyvesnių galaktikų telkinių relaksacijos laikas viršija šiandieninį Visatos amžių. Superspiečiai, būdami didesni už spiečius ir už šią masės ribą, dar nespėjo virializuotis net nuo Visatos pradžios. Be to, daugelis jų pradėjo formuotis tik po kelių milijardų metų, kai augantys galaktikų spiečiai ėmė jungtis tarpusavyje. Superspiečius galima palyginti su gausiai urbanizuotais regionais Žemėje, pavyzdžiui vakarų Vokietija ar Nyderlandais. Ten praktiškai nėra aiškių ribų tarp miestų, mat augdami jie ima lietis vieni su kitais. Visgi tų regionų nevadiname vientisais miestais, o išskiriame tankesnius miestų centrus ir juos supančius bei jungiančius priemiesčius. Taip ir superspiečiai susideda iš pavienių spiečių, bet nėra visiškai susijungę į vientisas struktūras. Ateityje kai kurie superspiečiai susijungs ir tiesiog taps didesniais spiečiais, nei didžiausi šiandieniniai. Bet toli gražu ne visi – kiti išsisklaidys dėl Visatos plėtimosi.
Visata plečiasi todėl, kad kinta jos erdvėlaikio metrika (plačiau apie tai – čia). Trumpai tariant, plečiasi pati Visatos erdvė. Bet tai vyksta tik „pakankamai dideliais“ masteliais, nes mažais – tarkim, galaktikų – mastais metrika yra kitokia ir plėstis negali. Galima sakyti, kad mažais masteliais gravitacija nustelbia Visatos plėtimąsi, nors tai ir nėra visai tiksli analogija. Spiečių mastelis dar yra pakankamai mažas, o jų tankis – pakankamai didelis, kad Visatos plėtimasis neturėtų reikšmingos įtakos jų evoliucijai. Tuo tarpu didesnės struktūros plečiasi kartu su Visata.
Artimiausias mums superspiečius yra Mergelės superspiečius. Net netikslu jį vadinti „artimiausiu“, mat ir mes esame jo dalis: šiam superspiečiui priklauso Mergelės spiečius, Vietinė galaktikų grupė bei dar kelios galaktikų grupės. Remiantis didžiausio masto apžvalginiais stebėjimais įvertinta, jog regimojoje Visatoje superspiečių yra apie 10 milijonų.
2014 metais mokslininkai nustatė, kad Mergelės superspiečius bei keli kiti palyginus netolimi sudaro dar didesnį sutankėjimą, vadinamą Laniakėja. Laniakėja – havajiečių kalba tai reiškia „neaprėpiamą dangų“ – driekiasi per 160 megaparsekų, o jos masė viršija 100 kvadrilijonų Saulės masių. Tiesa, priešingai nei Mergelės superspiečius, Laniakėja laikui bėgant išsisklaidys dėl Visatos plėtimosi. Tad nors ir vadinama superspiečiumi, ji yra ganėtinai kitokio pobūdžio telkinys, nei mažesni superspiečiai.
Struktūrų, dydžiu viršijančių superspiečius, Visatoje yra daugybė. Mat superspiečiai – analogiškai mažesnėms struktūroms – pasiskirstę netolygiai. Trimačiuose Visatos erdvėlapiuose išskiriamos įvairios juostos, plokštumos ir sienos, visos kartu vadinamos kosminiu voratinkliu. Kai kurių struktūrų egzistavimas kelia iššūkių ir standartiniam, arba konkordatiniam, kosmologiniam modeliui, tačiau bendrai paėmus šiuo modeliu paremti skaičiavimai visai neblogai atkuria voratinklio savybes. Panašiai kaip tikrame voratinklyje, kosminiame irgi rasime gijų, jų susikirtimo taškuose – mazgų, o į tarpus – tuštumų. Iš tiesų kosminis voratinklis savo sandara labiau primena retą kempinę arba duonos kepalą.
Minėti skaičiavimai – skaitmeniniai hidrodinaminiai modeliai, kuriais sekama Visatos struktūrų evoliucija beveik nuo pat Didžiojo sprogimo iki šių dienų. Pradžioje Visatos medžiaga buvo pasiskirsčiusi beveik tolygiai, mažyčiai nukrypimai nuo vidurkio matomi kosminėje foninėje spinduliuotėje. Bet ir tarp jų atsiranda tokių, kurie ima augti ir didėti. Procesas kurį laiką vis greitėja: didėjanti telkinio masė kuria stipresnį gravitacinį lauką, kuris pritraukia vis daugiau medžiagos, todėl masė ir toliau auga. Praktiškai kiekviename erdvės taške esančios dujos, traukiamos augančių sutankėjimų, ima judėti kurio nors jų link. Jei arti yra tik vienas sutankėjimas, dujos netrunka prisijungti prie jo – taip auga spiečiai ir superspiečiai. Jei yra keli sutankėjimai panašia kryptimi, jų trauka susideda ir dujos traukiamos daugmaž link taško tarp jų. Jei sutankėjimai yra priešingomis kryptimis – arba kai dujos pritraukiamos į tašką tarp dviejų sutankėjimų – traukia į abi puses daugmaž išsilygina ir dujos gali pasiekti trapią pusiausvyrą. Taip tarp (super)spiečių susidaro dujų juostos – kosminio voratinklio gijos.
Voratinklio gijose, panašiai kaip ir spiečiuose, yra ir galaktikų, ir tarpgalaktinių dujų. Tik priešingai nei spiečiuose, gijose dujos daug retesnės, tad ir aptikti jas labai sudėtinga. Jų egzistavimas prognozuotas dar prieš kelis dešimtmečius, remiantis teoriniais ir skaitmeniniais modeliais, tačiau pirmą kartą karštos gijų dujos neabejotinai aptiktos tik 2010-aisiais. Tam prireikė rentgeno spindulių teleskopų Chandra ir XMM-Newton, kuriais užfiksuota stipriai jonizuotų anglies, deguonies ir neono atomų kuriama sugertis dviejų didžiulių superspiečių kryptimi. Net ir tas atradimas vienareikšmiškai nepatvirtino, kad egzistuoja voratinklio gijos, mat aptikta medžiaga galėjo būti tiesiog plačiai pasklidę halai aplink spiečius. Bet 2017 metais net dvi tyrimų grupės aptiko ir gijas. Tam joms reikėjo vienus ant kitų užkloti daugybės galaktikų porų stebėjimų duomenis; tik taip išryškėjo labai menkas gijų sugeriamos spinduliuotės signalas. Kartu paaiškėjo, kad gijose greičiausiai yra apie pusę „įprastos“ Visatos medžiagos – tos pačios, iš kurios susideda ir žvaigždės, planetos bei mes. Iki gijų atradimo pusės medžiagos trūkumas buvo laikomas viena rimtesnių astrofizikos problemų – plačiau apie tai rašiau prieš keletą metų. Prieš porą metų rezultatas patvirtintas stebint greituosius radijo žybsnius: jų bangų dispersija priklauso nuo tarpgalaktinės plazmos kiekio tarp žybsnio šaltinio ir mūsų, tad matuojant skirtingų žybsnių dispersiją galima įvertinti, kiek medžiagos yra Visatoje. Nors šiuo metodu neįmanoma nustatyti, ar medžiaga telkiasi į gijas, ar kitokias struktūras, bet tarpgalaktinės medžiagos kiekis pasirodė gerai atitinkąs teorines prognozes.
Tie erdvės regionai, iš kurių dujos pabėga, tampa kosminėmis tuštumomis. Tuštumos dydžiu palyginamos su didžiausiais superspiečiais – 10-100 megaparsekų skersmens. Iš tiesų jos nėra visiškai tuščios – medžiagos tankis ten yra apie šešis kartus mažesnis, nei vidutiniškai Visatoje, arba apie milijoną kartų mažesnis, nei Paukščių Tako tarpžvaigždinės medžiagos, bet visgi ne nulinis. Tačiau kone visą laiką nuo Visatos atsiradimo medžiaga judėjo lauk iš tuštumų, o ne kaupėsi jose, tad ir galaktikoms ten formuotis nebuvo tinkamų sąlygų. Tad nors tuštumose pasitaiko ir galaktikų, ir spiečių, jie yra gerokai skurdesni, nei būtų galima tikėtis sprendžiant vien pagal dujų tankį.
Praplėtus apžvalgos lauką iki didesnių mastelių nei keli šimtai megaparsekų, struktūros pranyksta. Superspiečiai, gijos ir tuštumos susilieja į vientisą ir visur panašų vaizdą. Manoma, kad jis turėtų būti tikrai vienodas tiek visomis kryptimis (izotropiškas), tiek visose Visatos vietose (homogeniškas). Šios dvi savybės kartu vadinamos kosmologiniu principu. Jį dar galima suformuluoti taip: mūsų padėtis Visatoje nėra išskirtinė, lyginant su kitomis. Savaime suprantama, principas galioja tik didžiausiais masteliais, bet jis leidžia nagrinėti visos Visatos evoliuciją nuo pradžios per Didįjį sprogimą iki kosminio vidurdienio prieš 10 milijardų metų per ilgą dabartinę popietę iki galutinės pabaigos šilumine mirtimi. Ar šis principas tikrai teisingas? Kol kas nėra aišku; kai kurie stebėjimai rodo, jog Visata galimai nėra vienoda visomis kryptimis. Net jei ta Visatos dalis, kurią galime matyti, yra visiškai tolygi, Visata neabejotinai yra gerokai didesnė, o ten, už horizonto, gali slypėti įvairiausių netikėtumų. Bet apie tas struktūras, bent jau kol kas ir artimiausioje ateityje, pasakyti nieko negalėsime, tad remtis kosmologiniu principu yra bene geriausias būdas nagrinėti tai, ką galime pamatyti.
Laiqualasse