Астрономы начали год с открытия крупнейших небесных тел

Коллектив исследователей из университета Центрального Ланкашира обнаружил самый крупный на сегодня астрономический объект. Группа квазаров занимает область пространства вытянутой формы с диаметрами 370/640/1200 мегапарсек. Длина объекта превышает 3,9 млрд. световых лет, и его существование противоречит современным космологическим представлениям.

Термин «квазар» изначально обозначал «квазизвёздный радиоисточник». Первые квазары при наблюдениях в оптическом диапазоне выглядели как яркие звезды, а их дальнейшее изучение выявляло аномально мощное радиоизлучение. Однако затем было открыто множество «радиоспокойных» квазаров, прояснилась их природа и первоначальная трактовка термина утратила смысл.

Художественное представление квазара (изображение: NASA/ESA/G.Bacon, STScI)

Сейчас установлено, что квазарами являются активные ядра наиболее древних и удалённых от нас галактик. В ходе реализации проекта «Слоановский цифровой обзор неба» на расстояниях от 2,5 до 13 млрд. световых лет было обнаружено свыше двухсот тысяч квазаров.

Предполагается, что из-за конечной скорости распространения света и расширения Вселенной с ускорением мы наблюдаем их в период юности – во время фазы формирования.

Обычно сверхмассивная чёрная дыра в центре галактики активно поглощает вещество ближайших звёзд, что и приводит к мощным всплескам электромагнитного излучения с сильной вариабельностью – изменения блеска многих квазаров можно заметить даже в течение суток. Однако возникновение квазаров может происходить и в результате катастроф космических масштабов, таких, как столкновение галактик.

Квазар SDSS J0123+00, возникший из-за слияния галактик (фото: Montserrat Villar Martin)

В течение короткого (по астрономическим меркам) периода около ста миллионов лет квазары можно наблюдать в различных диапазонах как самые яркие объекты. Мощность их электромагнитного излучения превосходит в десятки раз таковую от других крупных галактик.

Ярким (во всех смыслах) примером можно считать квазар 3C 273. Он указывается как первый среди открытых и подтверждённых, самый близкий к нам и самый яркий из квазаров для наблюдателя с Земли. Его светимость в сто раз превышает суммарную светимость нашей галактики.

Тенденция квазаров формировать группы отмечалась с 1982 года. Однако сделанное в январе 2013 года открытие не укладывается в рамки принятых космологических представлений.

Коллективом астрономов под руководством доктора Роджера Клоуза (Dr. Roger G. Clowes) была открыта гигантская группа из 73 квазаров. Она получила кодовое обозначение U1.27. При массе в 6 квинтиллионов солнечных и протяжённости порядка 4 млрд. световых лет, факт её существования противоречит известному космологическому принципу Милна.

Самая большая группа квазаров. Пояснения в тексте (изображение: R.G. Clowes/UCLan)

На приведённом изображении цветной фон указывает на пики (тёмные области) и спады (светлые области) частоты встречаемости квазаров в регионе наблюдений. Длинная цепь пиков, отмеченных чёрными кругами, соответствует найденной гигантской группе. Красными крестами отмечены квазары другой, меньшей группы.

Согласно принципу Эдуарда Милна, в масштабах более 100 млн парсек (0,33 млрд. световых лет) проявляется свойство однородности Вселенной, а средняя плотность вещества в том же объёме оказывается примерно одинаковой.

Его суть и роль масштаба можно пояснить на примере увеличения области наблюдений. На уровне Солнечной системы ни о какой изотропности Вселенной говорить не приходится. Каждый участок уникален и неповторим, а какие-то общие тенденции только начинают вырисовываться.

Однако при всём разнообразии можно отметить, что ближе к звезде расположена группа планет небольшого диаметра. Для них характерна высокая плотность, нетривиальный химический состав, небольшое число естественных спутников или их отсутствие. 

Строение Солнечной системы (изображение: J.D. Knight)

Дальше простирается пояс астероидов, а за ним находится группа совершенно других планет – газовых гигантов. В них преобладают водород и гелий, при большом диаметре средняя плотность мала, у каждой планеты есть пылевые кольца, а число естественных спутников измеряется десятками.

По мере изменения масштаба отличия в деталях скрадываются. Здесь десяток жёлтых карликов с планетными системами, и вон там похожая картина... но вот в другом месте только белые и голубые гиганты, и практически никаких экзопланет. Мысленно продолжая увеличивать масштаб, мы будем замечать всё большую однородность. 

Местное межзвёздное облако (изображение: Louisiana state university)

Спиральные рукава похожи друг на друга, галактики в пределах одного класса – тем более, а на уровне сверхскоплений галактик отличия практически исчезают. В скоплениях галактик время, требуемое свету для их пересечения, исчисляется миллиардами лет. С учётом возраста Вселенной, различия на больших масштабах просто не успели бы сформироваться.

История Вселенной (изображение: NASA / WMAP team)

Согласно работам Хаббла и Милна, существует такой предел масштаба, при котором сравнение одинаково больших объёмов пространства выявит однородный характер распределения в нём астрономических объектов и равную среднюю плотность вещества. 

Такой объём получил название ячейки однородности. По современным оценкам, размеры ячейки соответствуют шару с диаметром 100 мегапарсек и объёмом 160 536 млн световых лет в кубе. Эмпирическая привязка к такому масштабу впоследствии получила ряд обоснований. 

К примеру, профессором Николаем Александровичем Черниковым была предложена гипотеза конечности радиуса действия гравитационных сил. Он предполагал квантовый характер гравитационного взаимодействия объектов, учитывал множество безуспешных попыток разных учёных обнаружить гравитоны в ходе экспериментов и считал их квазичастицами. По аналогии электромагнитные силы в вакууме также могут иметь конечный (хотя и огромный по человеческим меркам) радиус действия.

Так или иначе, принцип Милна до сих пор находил подтверждения при анализе астрономических наблюдений. Была предложена стройная гипотеза о том, что наблюдаемая однородность Вселенной обусловлена релаксационными процессами. Они характерны для газов, а вещество в космосе как раз чаще всего находится в виде (ионизированного) газа. Даже постоянную Хаббла можно воспринимать как характеризующую процесс релаксации.

Начало 2013 года примечательно и другим открытием, меняющим привычные ориентиры. Группа астрономов под руководством NASA уточнила размеры спиральной галактики NGC 6872 в созвездии Павлина и присвоила ей статус самой крупной среди всех известных на сегодня. 

Крупнейшая спиральная галактика NGC 6872 и линзовидная галактика IC 4970 (изображение: NASA)

Протяжённость NGC 6872 оценивается в 522 тысячи световых лет, что более чем в пять раз превышает диаметр Млечного Пути, считающегося крупной спиральной галактикой.

Открытие было сделано при анализе данных, накопленных за девять лет наблюдений при помощи орбитального телескопа GALEX (GALaxy Evolution eXplorer) в ультрафиолетовом диапазоне. Именно в этой части спектра удалось зарегистрировать наличие у NGC 6872 вытянутых спиральных рукавов. 

Являясь самой крупной, галактика NGC 6872 не обязана быть самой массивной. Рекорд протяжённости обусловлен вытянутой формой рукавов, появившейся из-за длительного гравитационного влияния соседней линзовидной галактики IC 4970.

Гравитационное влияние галактики IC 4970 на NGC 6872 (изображение: NASA)

Компьютерная симуляция говорит о том, что в будущем из-за влияния галактики-компаньона NGC 6872 утратит наиболее удалённые от своего ядра области, содержащие сейчас молодые и горячие звёзды.

В общем, звёзды ведут себя как люди. Пожилые держатся друг за друга, а молодые и горячие стремятся отделиться под внешним влиянием.