| Le stelle sono organizzate in galassie, che a loro volta formano ammassi e superammassi, separati da vuoti. Prima del 1989 si pensava comunemente che i superammassi fossero le più grandi strutture esistenti nell'Universo, e che fossero distribuiti più o meno uniformemente in tutte le direzioni. Ma, nel 1989, Margaret Geller e John Huchra scoprirono la "Grande Muraglia", un muro di galassie lungo più di 500 milioni di anni luce e largo 200 milioni, ma spesso solo 15 milioni di anni luce. L'esistenza di questa struttura era rimasta inosservata così a lungo perché richiedeva di localizzare migliaia di galassie in tre dimensioni, cosa possibile solo combinando le coordinate celesti di ogni galassia con l'informazione di distanza derivata dallo spostamento verso il rosso.
Negli studi più recenti, l'Universo appare come una collezione di giganteschi vuoti separati da muri e filamenti di galassie, con i superammassi che appaiono come nodi occasionali più densi.
Anche più vicino a noi sono state fatte scoperte recenti: al centro del Superammasso Locale si trova un'anomalia gravitazionale, il Grande Attrattore, scoperta nel 1986, che attira le galassie in una regione estesa per centinaia di milioni di anni luce. Queste galassie mostrano uno spostamento verso il rosso in accordo con la legge di Hubble, ma mostrano anche una variazione regolare che è sufficiente a rilevare l'esistenza di una concentrazione di massa equivalente a decine di migliaia di galassie. Tale concentrazione, detta il Grande Attrattore, si trova ad una distanza compresa tra 150 e 250 milioni di anni luce (250 milioni è la stima più recente), in direzione delle costellazioni dell'Hydra e del Centauro. Nella sue vicinanze si trovano molte galassie grandi e vecchie, molte delle quali sono in collisione con le loro vicine, e stanno emanando grandi quantità di onde radio.
Un altro indicatore della struttura a grande scala è la foresta Lyman-alpha. Si tratta di una serie di linee di assorbimento che appaiono negli spettri dei quasar e di molte galassie lontane, che sono interpretate come l'esistenza di grandi nubi di gas intergalattico (più che altro idrogeno). Queste nubi sembrano associate con la formazione di nuove galassie.
Infine, ci sono alcune evidenze di una quantizzazione dello spostamento verso il rosso, cosa impossibile nelle teorie classiche e che implicherebbe in qualche modo l'azione della Meccanica Quantistica. Molti studi hanno investigato il fenomeno, ma molti astronomi non ritengono le evidenze significative, e l'argomento è soggetto di molte controversie.
Occorrono alcune cautele nel descrivere strutture ad una scala cosmica, perché le cose non sono sempre come appaiono: le lenti gravitazionali possono mostrare immagini in una direzione diversa da quella della loro vera sorgente, creando una vera e propria illusione ottica. Altre illusioni possono venire da ammassi di galassie che contengono forti movimenti interni. Questi movimenti, quando visti come spostamenti verso il rosso e tradotti (erroneamente) in distanze, possono far sembrare l'ammasso molto allungato lungo l'asse di vista, e creare quello che è conosciuto come un dito di Dio, una lunga catena di galassie puntata dritta verso la Terra.
La cosmologia sta ancora tentando di modellizzare la struttura e la composizione dell'Universo in modo soddisfacente. Usando il modello del Big Bang e facendo alcune assunzioni sul tipo di materia presente nell'Universo, è possibile predire la distribuzione risultante di materia, e confrontarla con quella osservata per confermare o smentire una teoria cosmologica. Al momento, le osservazioni sembrano indicare che la maggior parte dell'Universo debba consistere di materia oscura che non emette luce, in particolare di materia oscura fredda e non barionica, ossia non composta dai normali atomi che conosciamo. I modelli che assumono materia oscura calda o materia oscura barionica non riescono a conciliarsi con le osservazioni. La questione della materia oscura è comunque ancora molto controversa, anche perché sono stati proposti molti candidati differenti, nessuno dei quali è tuttavia nettamente avvantaggiato sugli altri sulla base dei dati osservativi finora raccolti.
Grande muraglia
La Grande Muraglia, o Grande Parete, è la più grande struttura conosciuta dell'Universo visibile. Si tratta di un enorme gruppo di galassie posto a circa 200 milioni di anni luce di distanza dalla via Lattea, lungo 500 milioni di anni luce, largo 300 milioni, ma spesso solo 15 milioni di anni luce.
In realtà le dimensioni riportate sono quelle minime stimate; non si conosce ancora la reale estensione della Grande Muraglia, poiché la vista è oscurata dalle polveri presenti nel piano della nostra galassia. Fino ad oggi è stato impossibile determinare se la Muraglia termini realmente ove teorizzato o se sia ancora più grande.
L'origine della Grande Muraglia è piuttosto incerta. Le teorie correnti (nate appunto per spiegare l'esistenza di questa e altre muraglie, e dei supervuoti che delimitano) ipotizzano che tali strutture si formino attorno a filamenti a forma di ragnatela di materia oscura. È questa materia oscura che detta la struttura dell'Universo alle scale più grandi, attirando gravitazionalmente le masse visibili.
Superammasso di galassie
Le galassie del nostro Universo non sono distribuite uniformemente: la maggior parte sono raggruppate in gruppi e ammassi (con i gruppi che contengono fino a 50 galassie, e gli ammassi fino ad alcune migliaia). Gruppi, ammassi e qualche galassia isolata a loro volta formano delle strutture ancora pià grandi, chiamate superammassi. Tra questi superammassi si stendono grandi vuoti dove ci sono poche galassie.
I superammassi sono grandi fino a numerose centinaia di milioni di anni luce. Non si conoscono ammassi di superammassi, ma l'esistenza di strutture più grandi dei superammassi è oggetto di dibattito. Vedi l'articolo sulla struttura a grande scala dell'Universo.
Lista di alcuni superammassi vicini:
- Superammasso Locale: contiene il Gruppo Locale con la nostra galassia, la Via Lattea. Contiene anche l'Ammasso della Vergine vicino al suo centro, ed è a volte chiamato il Superammasso della Vergine.
- Hydra Supercluster
- Centaurus Supercluster
- Perseus-Pisces Supercluster
- Pavo-Indus Supercluster
- Coma Supercluster
- Sculptor Superclusters
- Hercules Superclusters
- Leo Supercluster
- Shapley Supercluster
- Pisces-Cetus Supercluster
- Bootes Supercluster
- Horologium Supercluster
- Corona Borealis Supercluster
Grande Attrattore
Il Grande Attrattore è un'anomalia gravitazionale che si trova al centro del superammasso locale, che sta attraendo le galassie di una regione circostante grande centinaia di milioni di anni luce.
Queste galassie sono tutte spostate verso il rosso in accordo con la Legge di Hubble, come se si stessero allontanando da noi e ognuna dall'altra. Ma ognuna mostra, sovrapporto a questo spostamento, un moto generale sufficiente a rivelare una concentrazione di massa equivalente a decine di migliaia di galassie.
Questa concentrazione, scoperta nel 1986, si trova ad una distanza compresa tra 150 e 250 milioni di anni luce (250 è la stima più recente), nella direzione delle costellazioni dell'Hydra e del Centauro. Nelle sue vicinanze si trova una maggioranza di galassie grandi e vecchie, molte delle quali sono in collisione con le loro vicine, e spesso emettono grandi quantità di onde radio.
Sembra che la concentrazione sia dominata dall' Ammasso della Norma (ACO 3627), un massiccio ammasso di galassie. I tentativi ulteriori di studio di questo fenomeno trovano difficoltà a causa della direzione di osservazione, vicino al piano della nostra Via Lattea e quindi oscurata da grandi quantità di gas e polveri.
Scala delle distanze cosmiche
La scala delle distanze cosmiche è l'insieme dei metodi che gli astronomi usano per determinare le distanze degli oggetti. Poiché tali distanze sono enormi, e le osservazioni danno in genere solo dati indiziari, la scala è composta da gradini successivi: ogni gradino è usato per determinare le distanze in quello successivo, e più si risale la scala, più le incertezze si sommano e le distanze affette da errori.
Molti dei passi necessari coinvolgono l'uso di candele standard, cioè oggetti di cui si pensa di conoscere con certezza la luminosità. Confrontando la luminosità propria dell'oggetto con quella apparente, se ne ricava la distanza.
Alla base della scala ci sono le osservazioni radar di Venere, che permettono di determinare la distanza tra la Terra e Venere e, mediante alcuni calcoli geometrici, la grandezza dell'orbita della Terra.
I passi successivi sono:
- la parallasse stellare;
- le variabili Cefeidi;
- i confronti rispetto alla sequenza principale;
- le Supernovae di tipo Ia e la relazione di Tully-Fisher;
- lo spostamento verso il rosso.
Ognuna di queste candele standard si basa su quella precedente, e gli errori nelle misure vanno sommati via via che si procede lungo la scala. Quindi, le misure ottenute col metodo della parallasse stellare sono estremamente affidabili, mentre quelle ottenute attraverso la misura dello spostamento verso il rosso sono estremamente incerte. Per contro, i primi metodi sono utilizzabili solo per le stelle molto vicine, mentre gli ultimi permettono di misurare distanze da una parte all'altra dell'Universo.
Il campo dell'astronomia che si occupa di misurare le distanze celesti si chiama astrometria. Al pari degli altri campi astronomici, il progresso tecnologico ha contribuito enormemente a migliorare l'astrometria. Nello specifico, un miglioramento significa poter utilizzare i metodi più diretti (parallassi e variabili Cefeidi) a distanze sempre maggiori, permettendo una migliore calibrazione dell'intera scala. Recentemente, il satellite Hipparcos ha dato un grande contributo alla causa dell'astrometria, e la missione Gaia, attualmente in fase di progetto, promette di fare ancora di più.
Filamento
In astronomia, i filamenti sono una delle strutture più grandi dell'Universo, forme che somigliano a stringhe con una lunghezza tipica da 200 a 500 milioni di anni luce, che formano il bordo tra i grandi vuoti dell'Universo. I filamenti sono costituiti da galassie. Spesso queste si uniscono in ammassi, punteggiando i filamenti di zone più luminose
Vuoto
In astronomia, i vuoti sono i grandi spazi vuoti tra i filamenti di galassie, tra le strutture più grandi dell'Universo, che contengono nessuna o pochissime galassie. I vuoti hanno tipicamente un diametro da 30 a 500 milioni di anni luce. I vuoti particolarmente grandi, definiti dall'assenza di superammassi ricchi, sono a volte chiamati supervuoti.
Un censimento del 1994 ("The structure of the Universe traced by rich clusters of galaxies.") elenca un totale di 27 supervuoti con distanze fino a due miliardi di anni luce
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