Fragen Sie Ethan: Wird der Große Attraktor die Dunkle Energie besiegen?

Der Supercluster von Laniakei. Der Standort der Milchstraße ist rot dargestellt.

In großem Maßstab bewirkt dunkle Energie, dass sich die Expansion des Universums beschleunigt. Es bewegt entfernte Galaxien nicht nur auseinander, sondern beschleunigt sie auch relativ zueinander. Andererseits bewirkt die Schwerkraft, dass sich Materie zusammen ansammelt, genau wie sich unsere Galaxie und unsere lokale Gruppe angesammelt haben, und diese Beschleunigung kann besiegt werden, wenn sie eine ausreichend große Menge an Materie an einem Ort sammelt. Galaxien und Gruppen sind jedoch nicht die größten uns bekannten Strukturen. Im Universum gibt es Cluster und Supercluster von Galaxien, von denen einer direkt neben uns liegt! Wird einer dieser Supercluster letztendlich die Dunkle Energie besiegen? Unser Leser fragt:

Wenn wir nur mit Andromeda gravitativ verbunden sind und der Rest schließlich aus der sichtbaren Region des Universums verschwindet, wie können wir uns dann alle auf den Großen Attraktor zubewegen (oder wohin gehen wir zum Gravitationszentrum von Laniakei )?

Aus der Sicht der kosmischen Skalen ziehen uns Tausende von Galaxien in unsere Nähe.


Markaryan-Kette mit den Namen von Galaxien in der Nähe des Zentrums des Virgo-Clusters

Werden sie uns trotz der dunklen Energie zu sich ziehen? Oder wird dunkle Energie uns zwingen, schnell genug zu expandieren und diese Konvergenz zu verhindern? Um die Frage zu beantworten, müssen wir drei Dinge untersuchen: die Expansion des Universums, die lokalen Unvollkommenheiten dieser Bewegung und wie das Universum in unserer Region aussieht.


Hubbles Entdeckung der Variablen Cepheid in der Andromeda-Galaxie M31 enthüllte uns das Universum

1) Die Expansion des Universums. In den 1920er Jahren konnte Edwin Hubble eine bekannte Klasse von Sternen - variable Cepheiden - in Spiralobjekten entdecken, die wir am Himmel sehen. Sie wurden von Zeit zu Zeit heller und dunkler, und verschiedene Sterne hatten unterschiedliche Zeiträume. Wir kennen das Verhältnis der Helligkeit zur Periode seiner Schwingungen, dem alle Sterne gehorchen. Wenn Sie also die Periode der Schwingungen und die scheinbare Helligkeit eines Sterns messen können, können Sie berechnen, wie weit der Stern und damit seine Galaxie entfernt ist.

Dieses Konzept ist als Standardkerzenmethode bekannt, und jetzt sind wir von Cepheiden zu anderen Eigenschaften von Galaxien übergegangen, um Ia-Supernovae als die hellsten und am besten sichtbaren Kerzen zu typisieren. Mit diesen Methoden konnten wir ein Muster entdecken, das als Hubble-Gesetz bekannt ist und in alle Richtungen funktioniert, wo immer wir hinschauen: Die Geschwindigkeit, mit der sich das Objekt von uns entfernt, ist proportional zum Hubble-Parameter multipliziert mit der Entfernung zum Objekt. Vielleicht haben Sie den Namen „Hubble-Konstante“ schon einmal gehört, und es war wirklich eine gute Möglichkeit, sich vorzustellen, was in den Jahrzehnten vor dem Erscheinen des Weltraumteleskops geschah. Hubble, weil wir damals nicht weit schauen konnten, bis an die Grenzen des sichtbaren Universums. Aber je weiter wir schauten, desto klarer wurde, dass sich die Expansion des Universums nicht nur mit der Zeit ändert, sondern auch beschleunigt, was uns zu der Idee führte, dass das Universum mehr als Materie, Strahlung und gekrümmten Raum enthält.


Verhältnis von Abstand zu Rotverschiebung

Es stellte sich heraus, dass das Universum heute zu etwa 70% aus dunkler Energie besteht, die im Laufe der Zeit immer wichtiger wird. Als das Universum zweimal jünger war, war die dunkle Energie nicht so auffällig, da ihr Anteil im Vergleich zur Gesamtenergiedichte gering war. Aber wenn Materie und Strahlung verschwimmen, nimmt ihre Dichte ab und dunkle Energie beginnt die Expansion des Universums zu dominieren, was zu der Beschleunigung führt, die wir heute sehen. Dies bedeutet, dass alle Strukturen, die bisher nicht gravitativ miteinander verbunden waren - keine weit über dem Durchschnitt liegende Dichte erreicht haben - in diesem Universum niemals miteinander verbunden werden. Sie fliegen mit Beschleunigung unter dem Druck der Expansion.

2) Lokale Mängel dieser Erweiterung. Selbst in Entfernungen von Millionen von Lichtjahren hat die Schwerkraft genügend Zeit, um die Strukturen des Universums zu komprimieren. Seit dem Urknall haben sich im Universum Billionen von Sternhaufen und Hunderte von Milliarden von Galaxien gebildet, und großräumige Strukturen sind komplex und gesättigt geworden. Die größten Gebiete mit erhöhter Dichte haben sich nicht nur in Galaxien verwandelt, sondern auch in Gruppen und Cluster von zehn, Hunderten oder Tausenden von Galaxien, die zu einzelnen Strukturen verbunden sind.



Die Anziehungskraft dieser Unvollkommenheiten spielt eine große Rolle. Wenn wir unseren nächsten Nachbarn, die Andromeda-Galaxie, nehmen, dann ist sie ungefähr 2,5 Millionen Lichtjahre von uns entfernt. Nach der Ausdehnung des Universums zu urteilen, sollte es sich von uns entfernen. Aber die Anziehungskraft zieht die Milchstraße nach Andromeda und Andromeda in die Milchstraße und kann die Expansion besiegen, wenn diese beiden Galaxien massiv genug sind. Wenn die Anziehungskraft zwischen ihnen groß genug ist und lange Zeit groß genug war, werden wir gravitativ gebunden sein. Obwohl dunkle Energie andere entfernte Galaxien von uns entfremden kann, werden wir irgendwann aufeinander fallen und im Laufe der Zeit eine einzige gigantische Struktur bilden.


Wie wird die Kollision von Milchstraße und Andromeda aussehen?

Und so wird es sein! Dies ist das wahre Schicksal unserer lokalen Gruppe. Kehren wir zur Frage des Lesers zurück: Was passiert mit dem Großen Attraktor und den Clustern und Superclustern, die uns am nächsten stehen? Um darauf zu antworten, müssen Sie eine Karte der Region des Universums erstellen, die uns am nächsten liegt.

3) Die Struktur des Universums in unserer Region. Wir haben dieses Problem mit einer Genauigkeit von 80% untersucht. Nur die Teile, die von der Ebene der Galaxie verdeckt werden, sind uns unbekannt - von unserer Position aus ist es sehr schwer zu erkennen. Wir können sofort drei Dinge betrachten:

• Alle einzelnen Galaxien in unserer Nähe und ihre Bewegung relativ zu uns.
• Die Hubble-Expansion des Universums und wie die Bewegung dieser Galaxien von dieser Expansion abweicht, unter Berücksichtigung der Entfernung zu ihnen.
• Die Massen aller Objekte unserer Umwelt und die impliziten Massen von Objekten, die für uns unsichtbar sind, sind die Massen, die an welchen Orten vorhanden sein sollten, damit wir die Bewegung von Objekten beobachten können, die wir beobachten.

Wir markieren unseren lokalen Teil des Universums, den Ort und die Bewegungen von Objekten und markieren die Masse lokaler Objekte, um zu sehen, was sich bewegt und warum.



Das Projekt, das eine Karte der kosmischen Strömungen erstellt, hat kürzlich all diese Informationen zusammengeführt und festgestellt, dass die Milchstraße gravitativ mit einer lokalen Gruppe verbunden ist. Unsere lokale Gruppe ist eine von vielen Gruppen in der Nähe, aber außerhalb des Virgo-Clusters. Alle diese Gruppen und Cluster bilden zusammen mit einigen anderen einen riesigen Aufbau, der als Lanyakei-Supercluster bekannt ist. Um die Bewegung aller lokalen Strukturen zu erklären, sollte sich eine Masse an der Stelle befinden, die zuvor als „Großer Attraktor“ bezeichnet wurde - da alle Bewegungen der beobachteten Objekte nicht den zuvor entdeckten Massen entsprachen.

Diese größte Struktur - eine Reihe von Galaxien in Laniakei, die für die stärkste Anziehungskraft verantwortlich ist - veranlasst die lokale Gruppe und viele andere Galaxien unseres lokalen Superclusters, sich dieser Masse zu nähern. Sie weichen erheblich von der Hubble-Bewegung ab: Hunderte von Kilometern pro Sekunde. Dies ist echte Kraft, ein bedeutender Effekt, der gegen Hubble-Expansion und dunkle Energie wirkt.

Aber er verliert gegen sie.


Jungfrau Supercluster Galaxien

Die dunkle Energie und die bestehende Expansion des Universums sind nicht nur stärker als die Anziehungskraft des lokalen Superclusters - sie können überhaupt nicht als Konkurrenz bezeichnet werden. Der Geschwindigkeitsunterschied, die Abweichung von der Hubble-Erweiterung, beträgt nur 20% dessen, was erforderlich wäre, um uns an diese große Struktur zu binden. Und diese Struktur selbst ist nicht gravitativ gebunden. Dieser Supercluster ist nur eine Erscheinung, und während sich das Universum entwickelt, wird sich Laniakei auflösen.

Wenn wir die Frage des Lesers vollständig beantworten, können wir sagen, dass wir von Lanyakey, dem großen Attraktor, angezogen sind, aber diese Kraft reicht leider nicht aus, um auf ihn zu fallen. Es ist nur so, dass sich dieser Supercluster langsamer als der Durchschnittswert von uns entfernt und mehrere Milliarden Jahre länger in unserer Reichweite bleibt, aber dies ist nur ein vorübergehendes Phänomen. Es ist nicht schwer genug, um uns am Ende festzuhalten oder nach innen zu ziehen. Das Schicksal unserer lokalen Gruppe ist es, am Ende allein zu bleiben.