5.4. Как образовалось Местное сверхскопление галактик?

Наша Местная группа галактик, куда входит Млечный Путь, расположена почти на самой окраине Местного сверхскопления галактик. Это сверхскопление представляет собой несколько уплощённую систему диаметром 100 миллионов световых лет и толщиной около 60 миллионов световых лет [146]. В его центре находится крупное скопление галактик, расположенное в созвездии Девы. Скопление в Деве удалено от нас примерно на 50 миллионов световых лет.

Согласно теории взрывающейся Вселенной примерно 15 миллиардов лет назад Местное сверхскопление представляло собой очень компактный объект, состоящий из нейтронного вещества и имеющий плотность порядка ядерной. Нетрудно оценить размер r этого объекта:

(5.6)

Здесь М  10⁴⁶ кг – масса сверхскопления, _яд  10¹⁸ кг – ядерная плотность.

То есть всё вещество сверхскопления занимало объём, приблизительно равный объёму Солнца!

Если мы перенесёмся в прошлое ещё на несколько десятков миллионов лет, то обнаружим, что этот плотный и массивный объект входил в состав ещё более массивного объекта, из которого он был выброшен в результате взрыва. Чтобы восстановить детали этого грандиозного процесса, необходимо изучить крупномасштабное движение галактик на расстояниях в сотни миллионов световых лет от нас. Эта тема будет продолжена в главе 7. А сейчас вернёмся к нашему объекту – зародышу Местного сверхскопления галактик.

Из-за увеличения постоянной Планка, вызванного расширением Вселенной, в какой-то момент времени внутри объекта произошёл фазовый переход нейтронного вещества из более плотного состояния в менее плотное. В результате такого перехода объект взорвался и разлетелся на тысячи осколков.

Значение постоянной Планка на поверхности объекта было существенно выше, а давление, наоборот, ниже, чем в его центре. Поэтому можно предположить, что объект взорвался не сразу, а по частям. Сначала взорвалась его внешняя оболочка, где было самое высокое значение постоянной Планка. Этот взрыв вызвал увеличение постоянной Планка внутри объекта и, таким образом, спровоцировал взрыв следующей оболочки. Сбрасывание второй оболочки спровоцировало взрыв третьей и т. д. И в течение довольно короткого времени объект полностью распался на отдельные части, которые быстро удалялись друг от друга. Спустя десятки миллионов лет эти части, представляющие собой массивные и компактные объекты, массой порядка 10¹³10¹⁴ солнечных масс, также начали взрываться вследствие увеличения постоянной Планка, образуя скопления и группы галактик. Эти скопления и группы галактик продолжали по инерции удаляться друг от друга и к настоящему времени они образовали Местное сверхскопление галактик.

Согласно общепринятой точке зрения скопления и сверхскопления галактик образовались в результате гравитационного сжатия разреженных масс газа. Исходя из этого можно сделать вывод, что Местное сверхскопление галактик должно быть гравитационно устойчивым образованием. Но это не так.

В самом конце двадцатого века с особой тщательностью были выполнены наблюдения за галактиками, расположенными на расстояниях в десятки миллионов световых лет от нас. Эти наблюдения показали, что сверхскопление является не просто гравитационно неустойчивым объектом, но оно расширяется с достаточно большой скоростью. Расширение Местного сверхскопления галактик явилось настоящим сюрпризом для астрономов, так как этот факт явно противоречит общепринятой точке зрения на образование галактик. Эта тема будет продолжена в параграфе 7.4.

Наша Местная группа галактик находится на самой окраине сверхскопления, и поэтому можно сделать вывод, что вещество, из которого оно образовалось, было выброшено из центра сверхскопления в результате взрыва самой первой, внешней оболочки.

Можно ли подтвердить такое предположение, основываясь на существующих астрономических наблюдениях? Да, можно. В самом центре гигантского скопления галактик в Деве (которое находится в центре нашего сверхскопления) расположена одна из самых крупных галактик во Вселенной – эллиптическая галактика М87. Она относится к классу Е0, то есть имеет форму шара, и по массе в десятки раз превосходит нашу Галактику, которая сама является гигантской спиралью. Чему равна относительная скорость нашей Галактики и галактики М87? Эта скорость была рассчитана по величине красного смещения в спектре М87, и она равна:

V_М87  1000 км/с (5.7)

Разброс скоростей галактик, входящих в скопление в Деве, очень велик и достигает 2000 км/с. Но анализ этих скоростей показывает, что всё скопление, как целое, удаляется от нас со скоростью 1100 км/с [159]. Таким образом, вся наша Местная группа галактик, куда входит и Млечный Путь, удаляется от центра сверхскопления со скоростью примерно 1100 км/с.

Зная расстояние до центра сверхскопления (50 млн. св. лет), нетрудно оценить, когда вещество Местной группы галактик было выброшено из этого центра:

(5.8)

То есть приблизительно 14 миллиардов лет назад вещество, из которого состоит наша группа галактик, находилось в центре Местного сверхскопления. Учитывая тот факт, что сверхскопление расширяется, а также то, что наша группа расположена на самой его окраине, можно сделать следующий вывод.

Всё вещество Местного сверхскопления приблизительно 14 миллиардов лет назад (а возраст Вселенной как раз и составляет примерно 14 миллиардов лет) находилось в центре сверхскопления, то есть представляло собой сверхмассивный и сверхплотный объект.

Такой вывод, который непосредственно вытекает из астрономических наблюдений, совершенно необъясним в рамках теории горячей Вселенной и полностью подтверждает теорию взрывающейся Вселенной.

А можно ли, основываясь на теории взрывающейся Вселенной, сделать ещё какой-нибудь интересный и важный вывод относительно Местного сверхскопления галактик?

Исходя из того, что сверхскопление представляет собой несколько сплюснутую систему, можно сделать вывод, что массивный объект, из которого оно возникло, вращался вокруг своей оси. Оценим скорость его вращения.

Предположим, у нас есть шар, который вращается вокруг своей оси, а затем взрывается (см. рис. 15). Пусть максимальная скорость осколков после взрыва равна V₀. Если бы шар не вращался, то его осколки через некоторое время после взрыва находились бы внутри сферы, радиус которой r был бы пропорционален V₀:

r  V₀ (5.9)

а

б

Рис. 15. Если бы объект, из которого образовалось Местное сверхскопление, не вращался вокруг своей оси, то осколки после его взрыва образовали бы сферически симметричную систему (а).

Но так как этот объект вращался вокруг своей оси, то осколки, разлетевшиеся в плоскости вращения, получили благодаря вращению бóльшую скорость, чем осколки, разлетевшиеся вдоль оси вращения. В результате разлетевшиеся осколки образовали систему с осевой симметрией, которая несколько сплюснута у полюсов (б).

Но так как шар вращается, то к скорости взрыва добавляется скорость вращения. Наибольшая скорость вращения – на экваторе шара. Предположим, она равна V_вр. В этом случае максимальная скорость осколков будет равна (см. рис. 16):

V_max =  (5.10)

Рис. 16. Скорость осколков V_max, разлетевшихся в плоскости вращения, будет складываться из скорости вращения V_вр и скорости взрыва V₀.

То есть максимальная скорость осколков, разлетевшихся в направлении полюсов взорвавшегося вращающегося шара, равна V₀, а в плоскости экватора – V_max. В результате, через некоторое время эти осколки образуют несколько сплюснутую систему, обладающую осевой симметрией. При этом отношение диаметра D этой системы к её высоте  будет равно (см. рис. 17):

(5.11)

Ось

симметрии

Рис. 17

И если, к примеру, максимальная скорость вращения V_вр равна максимальной скорости взрыва V₀, то:

(5.12)

Наше сверхскопление имеет диаметр D  100 млн. св. лет и высоту   60 млн. св. лет. Следовательно, для него:

(5.13)

1,7 больше, чем 1,4, и это означает, что максимальная скорость осколков, полученная в результате взрыва, была меньше, чем максимальная скорость вращения. Сравнивая (5.13) и (5.11), получаем:

(5.14)

То есть максимальная скорость вращения превосходила максимальную скорость осколков, полученную в результате взрыва, примерно на 40%! И это означает, что сверхмассивный объект, из которого образовалось сверхскопление, очень быстро вращался вокруг своей оси.

Наличие такого быстрого вращения означает, что он был с силой выброшен из ещё более сверхмассивного объекта, взорвавшегося несколько десятков миллионов лет до этого. В таком случае всё наше сверхскопление должно двигаться как целое с высокой скоростью относительно фона очень далёких галактик.

Согласно теории горячей Вселенной, ранняя Вселенная была очень однородна (это следует из высокой изотропии реликтового излучения). С этой точки зрения такой большой объект, как сверхскопление, не может двигаться с заметной скоростью относительно фона далёких галактик или относительно фона реликтового излучения. Поэтому если будет установлено, что сверхскопление всё-таки движется как целое с огромной скоростью, то это будет прямым опровержением теории горячей Вселенной и очень хорошим подтверждением теории взрывающейся Вселенной. Существует или нет в настоящее время астрономические наблюдения, которые подтверждают наличие высокой скорости у нашего сверхскопления? Мы вернёмся к этой теме в 7 главе.