Распределение массы в пределах и вокруг Местной группы

Скрытый облик нашего космического окружения

Когда мы смотрим на ночное небо, легко представить, что галактики вокруг нас разбросаны в пространстве случайно. Однако наше собственное космическое окружение — регион, в котором доминируют Млечный Путь и галактика Андромеда — скрывает неожиданную структуру, которая озадачивала астрономов в течение десятилетий. В этой статье исследуется, как распределена невидимая материя вокруг Местной группы, и показывается, что наш угол Вселенной далёк от примерно сферического, как считали раньше: он растянут в огромную тонкую космическую «плиту», окружённую гигантскими пустотами.

Почему движения галактик казались удивительно спокойными

Астрономы могут оценивать массу Местной группы только косвенно, потому что большая её часть — тёмная материя, не излучающая свет. На протяжении более полувека один ключевой метод рассматривал Млечный Путь и Андромеду как две массы, которые изначально возникли вместе в Большом взрыве и с тех пор притягиваются друг к другу гравитацией. Этот «тайминговый» подход указывает, что вместе они содержат триллионы масс Солнца — больше, чем видно в звёздах и газе. Очень другой метод изучает, как близлежащие галактики удаляются от нас в результате расширения Вселенной. Как правило, дополнительная масса должна заметно нарушать этот исходящий поток. Однако наблюдения показывают удивительно плавное, «тихое» расширение вокруг Местной группы с лишь небольшими отклонениями от общего закона Хаббла, что казалось несогласованным с высокими оценками массы.

Создание цифровых вселенных, похожих на нашу

Чтобы разрешить это противоречие, авторы создали подробные компьютерные моделирования возможных Вселенных, соответствующих стандартной космологической модели, в которой холодная тёмная материя и тёмная энергия формируют космическую структуру. С помощью продвинутой статистической схемы BORG они сгенерировали множество наборов начальных условий, которые при эволюции вперёд во времени дают Местную группу, близкую к реальной. Смоделированные Млечный Путь и Андромеда получают подходящие массы, положения и относительное движение, а движения 31 тщательно выбранной ближайшей галактики совпадают с измеренными скоростями удаления. Эти ограниченные моделирования, уточнённые высокоразрешающими продолжениями, образуют ансамбль из 169 «цифровых близнецов» нашего космического окружения.

Огромная плоская масса и гигантские пустотные пузыри

Когда исследователи проанализировали совместное распределение материи в этих моделях, проявилась чёткая картина: масса в окрестностях Местной группы организована не как примерно круглый шар, а как уплощённый лист, простирающийся как минимум на 10 миллионов световых лет. В пределах этой плоскости плотность материи примерно вдвое превышает среднюю космическую, и она фактически растёт при удалении на несколько миллионов световых лет от Местной группы. Над и под этим листом находятся глубокие недостаточно плотные регионы — космические пустоты — где материя составляет лишь около четверти-при трети средней плотности. Такое расположение тесно соответствует известным особенностям, отслеженными видимыми галактиками, таким как так называемая Локальная плоскость и соседние пустоты, показывая, что свечение галактик в целом отражает, где находится скрытая тёмная материя на этих масштабах.

Как плоское распределение массы успокаивает космический поток

Оказалось, что листовидная геометрия — ключ к разгадке спокойного местного расширения. В сферическом распределении массы тяга на галактику на данном расстоянии зависит почти исключительно от того, сколько массы лежит внутри её орбиты. Добавление большего количества материи где-либо рядом только увеличивало бы внутреннее притяжение и сильнее нарушало бы поток Хаббла. В плоском листе, однако, материя, расположенная дальше по плоскости, создаёт боковые силы, которые частично компенсируют внутреннее притяжение галактик, ближе находящихся к центру. Симуляции показывают, что галактики над и под листом сильно падают к нему, тогда как те, что внутри листа, медленно дрейфуют к Местной группе на расстояниях примерно до 2,5 мегапарсек и на больших расстояниях фактически выталкиваются наружу. В целом случайные скорости остаются очень малыми, даже меньшими, чем намекали наблюдения, при этом суммарная масса Млечного Пути и Андромеды остаётся высокой и согласуется с тайминговыми оценками.

Что это значит для нашего места во Вселенной

Эта работа показывает, что нет необходимости отказываться от стандартной картины Вселенной, заполненной холодной тёмной материей и тёмной энергией, чтобы объяснить спокойный поток Хаббла вокруг нас. Кажущееся противоречие между массивными галактическими гало и мягким местным расширением исчезает, если признать, что масса вокруг Местной группы имеет форму тонкой протяжённой пластины, обрамлённой большими пустотами, а не сферы. Авторы предсказывают сильную направленность движений, с особенно быстрым падением из недостаточно плотных регионов над и под листом — эффектом, который почти не был проверен, потому что мало известных галактик отслеживают эти высокосклонные участки рядом с нами. Открытие большего числа небольших изолированных галактик в этих направлениях даст важную проверку недавно раскрытой архитектуры нашего космического дома.

Цитирование: Wempe, E., White, S.D.M., Helmi, A. et al. The mass distribution in and around the Local Group. Nat Astron 10, 548–553 (2026). https://doi.org/10.1038/s41550-025-02770-w

Ключевые слова: Местная группа, тёмная материя, космическая сеть, поток Хаббла, динамика галактик