Czym jest wielka kosmiczna pajęczyna? Wszechświat, w którym wszystko jest powiązane, tylko nie wiadomo jak
Galaktyki znajdujące się w odległości kilku milionów lat świetlnych od siebie mogą oddziaływać na siebie grawitacyjnie w sposób dla nauki dość jasny, ale naukowcy zaobserwowali tajemnicze wzory oddziaływań pomiędzy znacznie bardziej odległymi galaktykami. Wykraczają one poza znane nam modele. Odkrycia te wskazują na "struktury wielkoskalowe", które (te które znamy) są największymi znanymi obiektami we Wszechświecie. Niewyraźne sieci powiązań w sensie fizycznym zbudowane są, według badaczy, z gazowego wodoru oraz ciemnej materii i przybierają formę włókien, arkuszy i węzłów, które łączą galaktyki w rozległą sieć obrazowaną jako kosmiczna pajęczyna (1). Wiemy, że te struktury mają duży wpływ na ewolucję i ruchy galaktyk, ale udało nam się zaledwie wstępnie naszkicować dynamikę, która rządzi tymi strukturami.
Najbardziej frapujące świat nauki są oparte na sygnałach obserwacyjnych podejrzenia, że w kosmicznej pajęczynie obowiązują, przynajmniej częściowo, zasady naruszające znaną nam fizykę i kosmologię.
Uporządkowany taniec galaktyk i starych kwazarów
Galaktyki mają tendencję do tworzenia grawitacyjnie powiązanych gromad, które należą do jeszcze większych supergromad. Nasza Droga Mleczna jest częścią Grupy Lokalnej, gromady kilkudziesięciu galaktyk. Grupa Lokalna znajduje się wewnątrz supergromady Virgo, zawierającej ponad tysiąc galaktyk. W bardziej "lokalnych" skalach galaktyki często zakłócają wzajemnie swoje obroty, kształty i prędkości kątowe. Czasami jedna galaktyka zderza się nawet z drugą i ją "zjada". Jednak niektóre galaktyki wykazują dynamiczne powiązania na dystansach zbyt dużych, by można je było wyjaśnić za pomocą jedynie oddziaływań grawitacyjnych.
Na przykład, według badań opisanych w "The Astrophysical Journal" w październiku ubiegłego roku, setki galaktyk obracają się w synchronizacji z ruchami galaktyk oddalonych o dziesiątki milionów lat świetlnych. "To odkrycie jest niespodziewane", komentuje Joon Hyeop Lee, astronom z Koreańskiego Instytutu Kosmosu i Astronomii, jeden z autorów pracy. Porównując dane z dwóch katalogów przeglądów przesunięć ku czerwieni, Calar Alto Legacy Integral Field Area (CALIFA) oraz NASA-Sloan Atlas (NSA), przeprowadzona przez naukowców analiza 445 galaktyk ujawniła, że galaktyki oddalone od siebie o sześć megaparseków, czyli 20 milionów lat świetlnych, poruszały się w ten sam sposób.
Lee i jego koledzy zauważyli, że wiele z tych galaktyk, które poruszały się w kierunku Ziemi, miały sąsiadki, które poruszały się w kierunku Ziemi, podczas gdy te, które przemieszczały się w przeciwnym kierunku, miały sąsiedztwo oddalające się od Ziemi. "Obserwowana spójność musi mieć jakiś związek z wielkoskalowymi strukturami, ponieważ niemożliwe jest, by galaktyki oddalone od siebie o około 20 milionów lat świetlnych bezpośrednio oddziaływały ze sobą", mówi Lee.
Naukowcy obserwowali od lat dziwne spójności i korelacje pomiędzy galaktykami zachodzące w jeszcze bardziej zdumiewającej odległości. W 2014 r. jeden z zespołów naukowych zasygnalizował osobliwe ułożenie supermasywnych czarnych dziur w rdzeniach kwazarów, czyli starych, ultrajasnych galaktyk.
Obserwując za pomocą Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) w Chile Wszechświat, gdy miał zaledwie kilka miliardów lat, uczeni pod kierownictwem Damiena Hutsemékersa, astronoma z uniwersytetu w Liège w Belgii, zauważyli niezwykłą synchronizację. Na podstawie obserwacji polaryzacji światła prawie stu kwazarów zrekonstruowali geometrię i orientacje czarnych dziur. Wyniki wykazały, że osie rotacji dziewiętnastu kwazarów w tej grupie były równoległe, pomimo że dzieliło je kilka miliardów lat świetlnych. Praca na ten temat, która została opublikowana w czasopiśmie "Astronomy & Astrophysics", wskazywała na istnienie i działanie megastruktur również na wczesnych etapach istnienia Wszechświata.
W 1989 roku Margaret Geller i John Huchra, analizując dane z sond Redraft, odkryli ogromną "Wielką Ścianę", pierwszą tego rodzaju olbrzymią strukturę utworzoną z galaktyk oddalonych od siebie o wiele lat świetlnych. Ta pierwsza zidentyfikowana wielkoskalowa struktura ma długość 500 milionów lat świetlnych, szerokość 200 milionów lat świetlnych i grubość 15 milionów lat świetlnych.
Od tego czasu odkryto inne gigantyczne struktury wielkoskalowe, nazywane arkuszami, włóknami i węzłami, wśród których przeplatają się puste przestrzenie w kształcie bąbli. Odkryta w 2003 r. Wielka Ściana Sloan jest o 80 proc. większa od Wielkiej Ściany, zaś największa znana obecnie megastruktura Wielka Ścianie w Herkulesie-Koronie Północnej ma długość ponad 10 mld lat świetlnych.
Ciała, z których składają się te struktury, nie są ze sobą związane grawitacyjnie, bowiem odległości między nimi są zbyt duże, jednak pojawiają się dowody na to, że coś je łączy. Wydaje się, że struktury takie połączone są obłokami i włóknami gazowego wodoru oraz ciemnej materii. Istnienie i mechanika wielkoskalowych struktur jest fascynującą zagadką, która ma oczywiście poważne implikacje dla naszego zrozumienia Wszechświata.
Astrofizyka i sieci neuronowe
Tajemnica tych zsynchronizowanych galaktyk może podważać obowiązującą w nauce zasadę kosmologiczną, jedno z podstawowych założeń dotyczących Wszechświata. Zasada ta mówi, że Wszechświat jest zasadniczo jednolity i jednorodny w bardzo dużych skalach. Już Hutsemékers i jego koledzy w swoim badaniu zauważyli, że korelacje w osiach kwazarów na wielkich przestrzeniach mogą podważać utartą zasadę. Jednocześnie Hutsemékers podkreśla, że aby podważyć tak silne założenie naukowe, musi zostać odkrytych i zbadanych wiele takich struktur.
Obserwowane powiązania, tworzące gigantyczną sieć przenikającą, jeśli nie cały, to ogromne obszary Wszechświata, działają na wyobraźnię wielu autorów, którzy chcieliby w tym widzieć coś znacznie więcej niż kolejne kosmiczne struktury o wielkiej skali.
W prowokacyjnym artykule przesłanym do arXiv latem 2020 r., Vitaly Vanchurin, profesor fizyki z uniwersytetu w Minnesocie w Duluth, sugeruje, że żyjemy wewnątrz masywnej sieci neuronowej, która rządzi wszystkim wokół nas. Przy okazji pomysł ten, w zamyśle autora, ma godzić dwa światy fizyki, mechanikę kwantową z teorią względności, które w tej koncepcji są jedynie zjawiskami wyłaniającymi się z fundamentu sieci neuronowej. Autor zaznacza, by nie mylić jego hipotezy z hipotezą Wszechświata jako symulacji.
W listopadzie 2020 roku w czasopiśmie "Frontiers of Physics" ukazała się publikacja pod tytułem: "Ilościowe porównanie między siecią neuronową a kosmiczną pajęczyną", oparta na badaniach przeprowadzonych przez astrofizyka Franco Vazzę z Uniwersytetu Bolońskiego we Włoszech oraz neurochirurga Alberto Felettiego z uniwersytetu w Weronie we Włoszech.
Według autorów, choć układy, w mózgu i we Wszechświecie, są różne (2), to ich struktura jest całkiem podobna. "Obliczyliśmy gęstość spektralną obu systemów. Jest to technika często stosowana w kosmologii do badania przestrzennego rozkładu galaktyk", twierdzi Vazza w komunikacie. "Nasza analiza wykazała, że rozkład fluktuacji w obrębie sieci neuronów móżdżku w skali od 1 mikrometra do 0,1 milimetra jest zgodny z progresją rozkładu materii w kosmicznej sieci, ale oczywiście w większej skali, która sięga od 5 milionów do 500 milionów lat świetlnych".
Tymczasem w marcu tego roku grupa astronomów we Francji, badając za pomocą spektrografu 3D o nazwie MUSE w kompleksie Bardzo Dużego Teleskopu (VLT) ESO wczesny obraz Wszechświata sprzed około 12 miliardów lat, po raz pierwszy ujrzała żarzące się włókna gazu wodorowego tworzącego kosmiczną pajęczynę (3). Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie "Astronomy & Astrophysics". Do tej pory astronomowie mieli jedynie częściowe i pośrednie spojrzenie na kosmiczną sieć dzięki kwazarom, których potężne promieniowanie, niczym reflektory samochodowe, ujawnia chmury gazu na linii widzenia. Wybrany region stanowi część Ultragłębokiego Pola Hubble’a, najgłębszego obrazu kosmosu, jaki kiedykolwiek uzyskano.
To ostatnie odkrycie wspiera koncepcję, że włókna spajające sieć galaktyk składają się z wodoru. Otwarte pozostaje pytanie, w jaki sposób rozrzedzony gaz w kosmosie mógłby być nośnikiem opisanych wyżej powiązań pomiędzy kosmicznymi obiektami.
Mirosław Usidus
