O espaço é como uma esponja; filamentos longos e brilhantes de milhares e milhões de galáxias alternam-se com vazios - buracos negros nos quais há muito menos aglomerados de estrelas do que a média. É verdade que ninguém tem permissão para ver o Universo assim: não importa onde o observador esteja localizado, a dispersão de estrelas e galáxias parecerá ser a superfície interna da esfera, no centro da qual o observador está.
Os astrônomos na antiguidade e até o início do século 20 pareciam ter um céu plano: eles sabiam determinar a distância apenas até os objetos astronômicos mais próximos - o Sol, a Lua, os planetas do sistema solar e seus grandes satélites; tudo o mais era inatingível longe - tão longe que não adiantava falar sobre o que estava mais perto e o que estava por vir. Apenas no início do século 20, o espaço profundo começou a ganhar volume: surgiram novas formas de medir distâncias a estrelas distantes - e aprendemos que além da nossa galáxia, existem também inúmeros aglomerados de estrelas. E no final do século, a humanidade descobriu que sua galáxia nativa está circulando em uma das lacunas entre os filamentos da "esponja" estelar - em um lugar que é muito vazio mesmo para os padrões cósmicos.
Do plano ao volume
O olho humano pode distinguir um objeto distante de um próximo apenas se esses objetos não estiverem muito longe do observador. Uma árvore crescendo nas proximidades e uma montanha no horizonte; uma pessoa na fila na frente de quem vê - e uma centena de pessoas dele. A binocularidade nos permite entender o que está longe e o que está perto (com um olho isso também pode ser feito, mas com menos precisão) e a capacidade do cérebro de avaliar a paralaxe - a mudança na posição aparente de um objeto em relação a um fundo distante.
Quando olhamos para as estrelas, todos esses truques são inúteis. Com um telescópio poderoso, você pode estimar a distância até as estrelas mais próximas do Sol usando paralaxe, mas é aqui que nossas capacidades terminam. O máximo possível com este método foi alcançado em 2007 pelo telescópio satélite Hipparcos, que mediu a distância de até um milhão de estrelas nas proximidades do Sol. Mas se a paralaxe é sua única arma, então qualquer coisa além de algumas centenas de milhares de parsecs permanece como um ponto na superfície interna da esfera. Em vez disso, permaneceu - até os anos vinte do século passado.
A simulação Millenium calcula 10 bilhões de partículas em um cubo com uma borda de cerca de 2 bilhões de anos-luz. Para seu primeiro lançamento em 2005, dados preliminares da missão WMAP, que estudou a radiação residual do Big Bang, foram usados. Depois de 2009, quando o Observatório Espacial Planck esclareceu os parâmetros do CMB, a simulação foi reiniciada várias vezes, cada vez que demorava um mês para o supercomputador da Sociedade Max Planck rodar. A simulação mostrou a formação de galáxias e sua distribuição - o aparecimento de aglomerados de galáxias e vazios entre eles.
Onde no espaço "esponja" está a Via Láctea?
A Via Láctea está localizada a 700 mil parsecs da grande galáxia mais próxima - Andrômeda - e junto com a galáxia Triangulum e cinquenta galáxias anãs satélite compõe o Grupo Local de Galáxias. O Grupo Local, junto com uma dúzia de outros grupos, faz parte da Folha Local - um filamento galáctico, parte do Superaglomerado Local de Galáxias (superaglomerado), também conhecido como Superaglomerado de Virgem; além da nossa, existem cerca de mil grandes galáxias. Virgem, por sua vez, faz parte do superaglomerado Laniakei, que já contém cerca de 100 mil galáxias. Os vizinhos mais próximos de Laniakea são o superaglomerado Cabelo de Verônica, o superaglomerado Perseus-Pisces, o superaglomerado Hércules, o aglomerado de Leão e outros. O pedaço de vazio cósmico mais próximo de nós, a Entrada Local, está do outro lado da Via Láctea, que não está voltado para a Folha Local. Do Sol ao centro do Vazio Local, tem cerca de 23 Mpc e seu diâmetro é de cerca de 60 Mpc, ou 195 milhões de anos-luz. E esta é uma gota no oceano comparada ao verdadeiro Grande Vazio que possivelmente nos cerca.
Em 2013, um grupo de astrônomos chegou à conclusão de que a Via Láctea, e com ela as galáxias mais próximas - a maioria de Laniakea - estão localizadas no meio de um vazio verdadeiramente gigante com cerca de 1,5 bilhão de anos-luz de comprimento. Os cientistas compararam a quantidade de radiação que chega à Terra de galáxias próximas e de cantos distantes do universo. A imagem parecia como se a humanidade vivesse na periferia de uma metrópole: o brilho sobre uma grande cidade ilumina o céu noturno mais do que a luz das janelas das casas próximas. A área gigante de vazio relativo foi chamada de vazio KVS - após as primeiras letras (latinas) dos nomes dos autores do estudo, Ryan Keenan, Amy Barger e Lennox Cowie.
Void PIC ainda é assunto de debate na comunidade de astrônomos. Sua existência resolveria alguns problemas fundamentais. Lembre-se de que um vazio não é um vazio, mas uma região na qual a densidade das galáxias é 15-50% menor que a média do Universo. Se o vazio KBC existir, então essa baixa densidade explicaria a discrepância entre os valores da constante de Hubble (caracterizando a taxa de expansão do Universo) obtidos com o auxílio das Cefeidas e através da radiação cósmica de fundo em microondas. Essa discrepância é um dos problemas mais difíceis da astrofísica moderna, porque em teoria a constante de Hubble, como qualquer outra constante, não deve mudar dependendo do método de medição. Se a Via Láctea está em um vazio gigante, então a radiação relíquia no caminho para a Terra encontra muito menos matéria do que a média no espaço; corrigindo isso,você pode reconciliar dados experimentais e medir com precisão a taxa de expansão do universo.
Teorias da origem dos superaglomerados galácticos e vazios
Imediatamente após a descoberta de superaglomerados de galáxias e vazios, os cientistas se questionaram sobre sua origem - e desde o início ficou claro que não se pode prescindir da massa invisível do Universo. Uma estrutura esponjosa não pode ser um produto da matéria bariônica normal, da qual nossos objetos familiares e nós mesmos somos compostos; de acordo com todos os cálculos, seu movimento não poderia levar à macroestrutura observada hoje durante o tempo que se passou desde o Big Bang. Superaglomerados galácticos e vazios só podiam ser gerados pela redistribuição de matéria escura, que começou muito antes da formação das primeiras galáxias.
No entanto, quando a primeira teoria apareceu para explicar a existência de fios e vazios, o Big Bang ainda não havia sido discutido. O astrofísico soviético Yakov Zeldovich, que junto com Jaan Einasto começou a estudar a macroestrutura, fez seus primeiros cálculos dentro da estrutura do conceito de matéria escura como neutrino, conhecido como teoria da matéria escura quente. Perturbações de matéria escura que ocorreram nos primeiros estágios da existência do Universo, segundo Zeldovich, causaram o aparecimento de uma estrutura celular ("panquecas"), que mais tarde atraiu gravitacionalmente a matéria bariônica e, em pouco mais de treze bilhões de anos, formou a estrutura observada de superaglomerados galácticos, filamentos e paredes e vazios entre eles.
Em meados da década de 1980, a teoria da matéria escura quente foi abandonada em favor da teoria da matéria escura fria. Entre outras coisas, ela se distinguia da teoria dos neutrinos pelas escalas em que surgiam as inomogeneidades primárias - menores e, portanto, ao que parece, não explicam a existência da "esponja" cósmica com seus elementos de centenas de milhares de parsecs de comprimento. Nas duas décadas seguintes, porém, os astrofísicos conseguiram reconciliar o modelo da "panqueca" com a matemática por trás da matéria escura "fria".
Simulações de computador modernas mostram perfeitamente como as flutuações na distribuição de matéria escura no universo jovem deram origem a filamentos galácticos e vazios. A mais famosa dessas simulações, realizada no âmbito do projeto The Millennium Simulation em 2005 em um supercomputador no Leibniz mostra a formação de estruturas comparáveis em tamanho ao superaglomerado Laniakei - aquele no qual nossa galáxia gira.
Anastasia Shartogasheva
