Ученые недавно объявили, что они подтвердили наличие «наиболее надежно измеренной и крупнейшей космической сверхструктуры» в наблюдаемой Вселенной. Этого гиганта, сотканного из галактик, скоплений галактик и темной материи, зовут «Кипу». Ее масштаб настолько велик, что она простирается примерно на 1,4 миллиарда световых лет по космическому пространству, официально побив рекорд самой большой структуры в известной Вселенной.

Исследование проводилось под руководством Института внеземной физики Макса Планка и Института физики Макса Планка в Германии и было завершено совместно с учеными из Испании и Южной Африки. Анализируя карту распределения скоплений галактик по небу, составленную рентгеновским спутником ROSAT, они постепенно зафиксировали и реконструировали трехмерное распределение этой сверхструктуры.

Руководитель проекта Ханс Берлингер отметил, что если вы понаблюдаете за распределением скоплений галактик в области сферической оболочки на расстоянии от 416 до 826 миллионов световых лет от Земли, огромная структура, простирающаяся от высоких широт северного неба до близкого к краю южного неба, будет особенно привлекательной. Это Кипу.

Эта структура состоит из 68 огромных скоплений галактик общей массой примерно 2×10¹⁷ солнечных масс. Ее длина превышает 400 мегапарсеков (около 1,4 миллиарда световых лет), а объем значительно превосходит ранее знаменитую «Великую Слоанскую стену» (около 1,1 миллиарда световых лет).

Это открытие неотделимо от основной работы спутника ROSAT. Будучи первым спутником, осуществившим рентгеновский обзор всего неба, ROSAT с 1990 года сканирует все небо с помощью рентгеновского телескопа высокого разрешения, регистрируя высокоэнергетическое излучение, испускаемое горячим газом между скоплениями галактик, и создавая подробный каталог скоплений галактик для ученых.

Поскольку крупные обсерватории продолжали измерять расстояния до этих скоплений галактик в последующие десятилетия, исследовательская группа смогла построить более точную трехмерную карту распределения материи. Именно на такой «космической карте» Кипу была идентифицирована как крупнейшая известная на сегодняшний день надстройка в радиусе миллиарда световых лет от Земли.

В исследовательской работе подчеркивается, что для точного определения ключевых космологических параметров, таких как скорость расширения, плотность материи и геометрия Вселенной, необходимо полностью учитывать влияние локальных крупномасштабных структур на данные наблюдений.

Эти эффекты включают в себя тонкие модификации космического микроволнового фонового излучения крупномасштабными гравитационными полями, искривление световых путей за счет гравитационного линзирования и сдвиги в измерениях постоянной Хаббла, вызванные «общим потоком», вызванным крупномасштабным распределением материи, последнее из которых может быть вызвано огромными концентрациями масс на расстоянии до 250 мегапарсек друг от друга.

В последней работе команда провела первую систематическую оценку крупномасштабных структур по всему небу в диапазоне от 130 до 250 мегапарсек. Среди пяти наиболее значимых выбранных надстроек Quipu занял первое место как по длине, так и по массе.

Исследования показывают, что этот тип сверхструктур не является крайне редким «особым случаем»: они вмещают около 45% скоплений галактик, 30% галактик и около четверти материи, но занимают лишь около 13% объема Вселенной. Они являются чрезвычайно важным компонентом крупномасштабной структуры Вселенной.

Наблюдения также показывают, что пространственная плотность галактик вблизи этих сверхструктур значительно выше, чем в среде изолированных скоплений галактик, что позволяет предположить, что крупномасштабные гравитационные сети оказывают важное влияние на формирование и эволюцию галактик.

В то же время численное моделирование, основанное на нынешней основной космологической модели Λ-CDM (холодная лямбда-темная материя) также дало крупномасштабную структуру, подобную Кипу, что обеспечило теоретическую поддержку этому наблюдению и показало, что это открытие хорошо согласуется со стандартной космологической структурой.

Ученые отмечают, что такая огромная материальная структура должна оставлять следы так называемого «интегрального эффекта Сакса-Уорфа» в космическом микроволновом фоне, который представляет собой тонкое изменение энергии фотонов, когда они проходят через гравитационную потенциальную яму, которая развивается с течением времени.

Исследовательская группа искала этот сигнал в данных спутника «Планк» и действительно обнаружила признаки, соответствующие ожидаемой теорией интенсивности. Однако статистической значимости оказалось недостаточно, чтобы полностью исключить возможность случайных колебаний, поэтому по-прежнему необходима последующая более точная проверка данных.

Джон, принимавший участие в исследовании, подчеркнул, что даже если эти поправки приведут к отклонению поверхности лишь на несколько процентных пунктов, поскольку точность космологических наблюдений продолжает улучшаться, в будущем они будут становиться все более и более важными, что связано с нашей точной характеристикой общей природы Вселенной.

Другими словами, чтобы понять Вселенную с точностью до «несколько процентов», существование и распространение крупномасштабных сверхструктур больше нельзя просто игнорировать.

Название «Кипу» происходит от системы узлов, используемой цивилизацией инков для записи информации — «Узлование», поскольку форма надстройки в космосе напоминает основное волокно с ветвящимися нитями.

Название также отдает дань уважения Европейской южной обсерватории в Чили, где было выполнено множество ключевых измерений расстояний, а артефакты из веревок инков, выставленные в местном музее, также в некоторой степени создают исторический и культурный мост для этого космического открытия.

Исследователи отметили, что это открытие не только дает нам новую «линейку» для картирования распределения материи во Вселенной, но также предоставляет уникальное экспериментальное поле для проверки космологических моделей и изучения формирования и эволюции галактик в различных средах.

Такие надстройки, как Кипу, показывают, что самая большая «космическая паутина» во Вселенной является не только фоновой стадией, но также оказывает существенное влияние на самые сложные космические измерения человечества сегодня, формируя тем самым наше понимание судьбы и происхождения Вселенной.