Почему Андромеда летит навстречу Млечному Пути, а все остальные галактики убегают?

В бескрайнем космическом пространстве, где большинство галактик разлетаются друг от друга под действием расширения Вселенной, существует одно поразительное исключение. Наша ближайшая крупная галактическая соседка, Андромеда, вопреки всеобщему течению, стремительно приближается к Млечному Пути. Это движение долгое время оставалось загадкой для космологии, но новое исследование, опубликованное в конце января, предлагает неожиданное объяснение, связанное с таинственной структурой тёмной материи.

Астрономы уже несколько десятилетий наблюдают за тем, как все крупные галактики в нашей локальной области Вселенной удаляются от нас, следуя так называемому закону Хаббла. Этот закон, открытый Эдвином Хабблом в 1920-х годах, описывает фундаментальное свойство нашей Вселенной: она расширяется, и чем дальше от нас находится галактика, тем быстрее она, кажется, удаляется. Однако Андромеда, находящаяся на расстоянии около 2,5 миллионов световых лет, демонстрирует обратное поведение — она движется в сторону Млечного Пути со скоростью примерно 110 километров в секунду.

Этот парадокс привёл учёных к гипотезе о существовании невидимой массы, которая могла бы объяснить аномалию. Ещё в 1959 году астрономы Франц Кан и Лодевийк Вольтьер предположили, что вокруг Млечного Пути и Андромеды должно существовать огромное количество невидимой материи, чтобы преодолеть начальный импульс расширения от Большого взрыва и заставить галактики сближаться. Сегодня эту невидимую субстанцию мы называем тёмной материей.

Новое исследование, проведённое международной группой учёных, продвинуло эту идею дальше. Используя сложные компьютерные симуляции, которые моделируют эволюцию локальной Вселенной с момента её зарождения, исследователи пришли к выводу, что причина аномального движения Андромеды и разбегания других галактик кроется в особой геометрии распределения тёмной материи.

Согласно результатам моделирования, наша локальная группа галактик, включающая Млечный Путь, Андромеду, галактику Треугольника и несколько десятков меньших галактик, окружена обширной, почти плоской «плитой» или «листом» тёмной материи. Эта структура простирается на десятки миллионов световых лет. Гравитационное притяжение этой массивной плоской области тёмной материи, расположенной чуть дальше границ нашей локальной группы, оказывается настолько сильным, что пересиливает взаимное притяжение между нашей галактикой и другими соседними галактиками, заставляя их удаляться. Исключением является только Андромеда, которая находится достаточно близко к Млечному Пути, чтобы их взаимное гравитационное притяжение, усиленное их собственными гало тёмной материи, превозмогло внешнее влияние.

Интересно, что области пространства выше и ниже этого плоского «листа» тёмной материи, согласно модели, являются космическими пустотами — обширными регионами с чрезвычайно низкой плотностью материи. Эти «Местные Пустоты» сформировались в тех областях ранней Вселенной, где изначальная плотность была немного ниже средней. В процессе расширения эти регионы росли быстрее, и материя из них как бы «выталкивалась», концентрируясь в стенках, разделяющих пустоты. Именно поэтому у нас нет других крупных галактик, летящих навстречу Млечному Пути, — в тех направлениях, откуда они могли бы прилететь, попросту почти ничего нет.

Это открытие не только объясняет давнюю загадку движения Андромеды, но и помогает согласовать наблюдения за нашей локальной областью космоса с общепринятой космологической моделью, известной как ΛCDM (Лямбда-CDM), которая описывает Вселенную с тёмной энергией и холодной тёмной материей. Модель успешно воспроизводит наблюдаемое распределение и движение 31 ближайшей галактики за пределами нашей локальной группы.

Таким образом, судьба Млечного Пути и Андромеды, по-видимому, предрешена этой гигантской космической архитектурой из тёмной материи. Расчёты показывают, что через несколько миллиардов лет две галактики сойдутся в грандиозном космическом танце, в конечном итоге слившись в одну огромную эллиптическую галактику. Плоский «лист» тёмной материи, невидимо формирующий наше космическое окружение, выступает в роли скрытого режиссёра, задающего траекторию этого неизбежного будущего столкновения.