Слепая зона: что за громадный объект обнаружился «за спиной» нашей Галактики?

Меньше всего изучена та область космоса, которая закрыта от взглядов с Земли нашей собственной Галактикой. Naked Science рассказывает, как недавно ученые с огромным трудом продрались сквозь это слепое пятно и обнаружили, что за Млечным Путем скрывается нечто очень большое.

Исследователи обнаружили ранее неизвестное скопление галактик в самой неизученной части неба. В нем как минимум 58 «звездных островов», но вполне возможно, что таких «островов» (то есть галактик, говоря строгим научным языком), там многие сотни. Астрономам еще предстоит огромная работа, чтобы хорошо разглядеть то, что таится под «слепым пятном», за существование которого мы должны «благодарить» нашу собственную Галактику.

Сумеречная зона

Каждому, кто смотрел в ночное небо, знакома красивая белесая полоса через небосвод. В Европе, России и Америке ее обычно называют Млечным Путем, а, например, в Индии — Небесным Гангом. Сегодня мы знаем, что это диск нашей Галактики, который мы, земляне, видим с ребра. В диске Галактики сосредоточены сотни миллиардов звезд. Казалось бы, Млечный Путь должен сиять в небе ярко, как солнце, но не тут-то было. Всё дело в межзвездном газе, который по суммарной массе не уступает звездам (как во Вселенной в целом, так и в нашей галактике в частности), и в сопутствующей ему пыли. Газопылевые облака поглощают свет. Так что красивая белесая дымка Млечного Пути — это всего лишь небольшая горстка ближайших к Земле светил, остальные просто не видны. Нечего и думать пронзить взглядом всю толщу Галактики из края в край и посмотреть, как выглядит в этом направлении большая Вселенная. Этот участок космоса со всеми своими галактиками просто спрятался за непроницаемой газовой завесой (социофобы, возьмите на заметку).

Диск Млечного Пути вместе с его центральной выпуклостью (балджем) закрывает от телескопов примерно пятую часть неба. Этот участок англоязычные астрономы называют zone of avoidance, что обычно — и не слишком удачно — переводят на русский язык как «зона избегания». Более удачно было бы переводить avoidance как «исключение», если уж хочется дословного, а не контекстуального перевода. Оптическим телескопам (точнее, работающим с ними астрономам) приходится исключать этот участок неба из обзоров Вселенной. И, разумеется, ученым очень любопытно: что же находится там, в «запретной зоне»? Вдруг что-то особенно интересное?

Устье вселенских рек

Между прочим, интересное здесь встречается. В доступных участках неба телескопы видят целые потоки галактик, текущие к некой точке, скрытой от нас в зоне избегания. Эту невидимую с Земли точку назвали Великим Аттрактором.

Ученые полагают, что что Великий Аттрактор — это центр масс сверхскопления галактик с красивым названием Ланиакея (в переводе с гавайского «необъятные небеса»).  Объять Ланиакею действительно непросто: она в сто тысяч раз массивнее Млечного Пути и в пять тысяч раз больше его по диаметру. Заметим во избежание путаницы, что Великий Аттрактор — вовсе не тело с аномальной гравитацией, вроде черной дыры, да и вообще не тело. В каждой точке огромной Ланиакеи суммируется притяжение множества звездных систем. Несложно догадаться, что в некоторой точке (центре масс) эта сумма будет наибольшей. Вот эта точка и есть Великий Аттрактор. Галактики стекаются туда по той же причине, по какой гравитирующий шар сжимается к центру или вода устремляется в нижнюю точку сосуда.

За пределами видимого

Конечно, не вся зона избегания так интересна. Наверное, большая ее часть столь же заурядна, как и любой наугад выбранный участок неба. Но пусть даже и так, не в правилах гордых исследователей смиряться с белыми пятнами на картах.

К счастью, на оптических инструментах свет клином не сошелся. То есть именно свет, может быть, и сошелся, а радиоволны сошлись на радиотелескопах, рентгеновские лучи — на рентгеновских телескопах, и так далее. Все эти излучения проходят через облака газа и пыли лучше, чем свет. Однако разные телескопы для астронома — как разные инструменты оркестра для композитора. У каждого из них своя роль и свои ограничения. К примеру, далеко не всякая галактика, которую можно было бы увидеть в оптический телескоп, видна рентгеновскому или радиоинструменту. А в самом центре Галактики практически любые телескопы ослепляет излучение вещества, падающего на центральную черную дыру Млечного Пути. В общем, неудивительно, что зона избегания остается самым неизученным сектором неба. Астрономы с интересом встречают любые новости из этой terra incognita.

Изображение изученной области неба (обведена красным) в искусственных цветах. Красными квадратами показаны галактики с исследованными спектрами. Справа 58 открытых галактик в увеличенном масштабе / © Galdeano et al., arXiv 2210.16332

Подарок близнеца

Авторы нового исследования использовали южный телескоп Джемини. Джемини (от английского Gemini — «Близнецы») — это пара одинаковых инструментов диаметром 8,1 метра. Такой размер вводит их в число крупнейших телескопов в мире. Южный «близнец» установлен в Андах, а северный — на Гавайях. Оба инструмента работают высоко над уровнем моря, в очень чистом и сухом воздухе. Это позволяет им «воспринимать» не только свет, но и инфракрасные волны, которые сильно поглощаются парами воды и другими атмосферными примесями. Правда, это ближние инфракрасные волны, которые лишь чуть-чуть длиннее световых. Это еще почти свет, хотя уже и невидимый для глаза. Но и такие волны неплохо проходят через газопылевые облака Млечного Пути, а значит, позволяют заглянуть в зону избегания.

Астрономы ориентировались на свою работу 2021 года. Тогда они обрабатывали данные телескопа VISTA, тоже полученные в ближнем инфракрасном диапазоне. Исследователи нашли в зоне избегания 607 объектов, похожих на ранее неизвестные галактики. Но установить их природу было трудно — прежде всего потому, что не было известно расстояние до них. Какое-нибудь газовое облако в пределах Млечного Пути имеет такой же видимый размер, как и огромная, но далекая галактика. Так стоящий на подоконнике цветок может казаться больше дерева на соседней улице.

Теперь ученые заново обследовали нужный участок неба. Правда, не весь, а лишь малую его часть радиусом в шесть угловых минут (пятая часть видимого диаметра Луны). Здесь они обнаружили 58 кандидатов в галактики, как выражаются осторожные астрономы. Для пяти из них спектрограф телескопа Джемини получил спектры, по которым авторы рассчитали красное смещение. А его, в свою очередь, можно пересчитать в расстояние. Определили астрономы и фотометрическое красное смещение, которое совпало со спектральным (Naked Science уже рассказывал, что означают все эти умные слова).

Выяснилось, что красное смещение этих кандидатов в галактики равно 0,225 ± 0,014. Это означает, что до них почти три миллиарда световых лет. Для сравнения: диаметр диска Млечного Пути — порядка ста тысяч световых лет. То есть эти объекты не только выглядят, как галактики, но и находятся так далеко, что ничем другим быть просто не могут. Кандидаты, так сказать, победили на выборах. Кроме того, и их спектры типичны для галактик. Наконец, считая, что их инфракрасный «свет» — звездный, астрономы рассчитали расстояние до этих звезд независимым методом. И оно совпало с дистанцией, определенной по красному смещению.

Зная расстояние, исследователи вычислили массу скопления (порядка десяти триллионов солнц) и его диаметр (миллионы световых лет). То и другое типично для скоплений галактик на таких дистанциях от Земли.

В общем, авторы сочли, что открыли в зоне избегания новое скопление галактик, и с ними трудно не согласиться. Ученые не стали выдумывать романтичное название и присвоили этому скоплению зубодробительное обозначение VVVGCl-B J181435-381432.

Скорее всего, этот объект только «вершина айсберга». Вспомним, что в обзоре телескопа VISTA авторы насчитали более 600 кандидатов. И не забудем, что через газопылевую завесу Млечного Пути даже в инфракрасные телескопы можно рассмотреть лишь самые крупные и яркие галактики. Так что там вполне может быть более крупное скопление или несколько скоплений.

Небесная иерархия

Скопления галактик — довольно обычная вещь. Большинство «звездных островов» не сияют в небе в гордом одиночестве, а собираются в компании. Это либо пары, либо группы галактик, либо, наконец, скопления.

Границы между этими категориями размыты. В учебниках тридцатилетней давности сказано, что в группе галактик от трех членов до нескольких десятков, а в скоплении — от нескольких десятков до нескольких тысяч. Но сегодня в Местной группе галактик, куда входит Млечный Путь, насчитали уже более сотни систем. Это закономерно: телескопы стали лучше, да наблюдений накопилось больше. Так что обнаружились мелкие и тусклые галактики, которые ранее не были видны. И никто, кажется, не торопится переименовывать Местную группу в Местное скопление.

Некоторые скопления и группы, в свою очередь, объединяются в сверхскопления. Более того, сверхскопления бывают частью более крупных сверхскоплений. Так, Местная группа входит в сверхскопление Девы, а то, в свою очередь — в сверхскопление Ланиакея. Кажется, у астрономов закончились слова для обозначения все более крупных систем. А жаль, можно было бы придумать «мегаскопления» и «супер-пупер-скопления».

Но и это не самые большие структуры во Вселенной. Скопления и сверхскопления галактик собраны в нити (они же волокна и филаменты), вытянутые на многие сотни миллионов световых лет. Эти нити окаймляют пустоты (войды), где галактик сравнительно мало. Так выглядит грандиозная паутина космоса. И это самый крупный известный уровень в структуре Вселенной. Кусок космической паутины размером в миллиард-другой световых лет как две капли воды похож на любой другой кусок такого же размера. Впрочем, астрономы не исключают, что и это не всеобщий закон, просто нам повезло жить в сравнительно однородном регионе бескрайнего космоса.