يتحدد توزيع المادة على النطاقات الواسعة عادةً بواسطة عمليات المسح الطيفي التي تستخدم قانون هابل في تقدير المسافات إلى المجرات من خلال إزاحتها الحمراء. وقد كان وجود البنية معروفًا لسنوات عديدة قبل أن تصير عمليات المسح بواسطة الإزاحة الحمراء قابلة للتطبيق. وتوزيع المجرات على السماء يتسم بعدم التناسق الشديد، وهو ما يمكن رؤيته في أول مسح منهجي كبير لمواضع المجرات، والذي نتج عنه «خرائط ليك». لكن رغم ما تتسم به هذه الخريطة من إبهار دون شك، فلا يسع المرء أن يكون متأكدًا مما إذا كانت البنى التي يراها بها بنّى حقيقية مادية أم أنها محض تأثيرات إسقاط عشوائية. فعلى أي حال كلنا يعرف كوكبات النجوم، بيد أن هذه الكوكبات ليست ارتباطات مادية والنجوم الموجودة بها تقع على مسافات مختلفة من الشمس. ولهذا السبب، صارت الأداة الأساسية لعلم وصف الكون هي الإزاحة الحمراء.

ثمة مثال شهير على هذا النهج، وهو المسح الذي أجراه مركز هارفرد سميثسونيان للفيزياء الفلكية، والذي نشر أولى نتائجه عام 1986. كان هذا مسحًا للإزاحة الحمراء لعدد 1061 مجرة موجودة في شريط ضيق من السماء في مسح بالومار الأصلي للسماء، المنشور عام 1961. وقد تم التوسع في هذا المسح ليشمل المزيد من الشرائط على يد الفريق عينه.

شكل 1: سديم أندروميدا تُعَدُّ أندروميدا – أقرب مجرة حلزونية إلى مجرة درب التبانة – مثالًا طيبًا على هذا النوع من المجرات. ليست كل المجرات حلزونية، والعناقيد المجرية الثرية كعنقود الهلبة المجري تحتوي بالأساس على مجرات بيضاوية ليست لها أذرع حلزونية.

وحتى عام 1990 كانت عمليات مسح الإزاحة الحمراء بطيئة ومجهدة؛ لأنه كان من الضروري توجيه التليسكوب صَوْبَ كل مجرة في المرة الواحدة، ثم أخذ القياسات الطيفية الخاصة بها، وحساب الإزاحة، ثم الانتقال نحو المجرة التالية. وكان الحصول على عدة آلاف من الإزاحات الحمراء يستغرق شهورًا من وقت التليسكوب، وهو الوقت الذي كان ينتشر على مدار سنوات عدة؛ بسبب توزيع وقت التليسكوب على عمليات الرصد المختلفة. وفي وقت قريب نسبيًّا مكن اختراع أجهزة الرصد المتعددة الألياف في تلسكوبات الحقول المفتوحة علماء الفلك من التقاط ما يصل إلى 400 طيف في التوجيه الواحد للتليسكوب. ومن بين أحدث أجيال عمليات مسح الإزاحة الحمراء تلك المسماة عملية مسح «حقل الدرجتين»، التي تديرها كلٌّ من المملكة المتحدة وأستراليا باستخدام التليسكوب الأنجلو – أسترالي. وسوف ترسم عملية المسح هذه في نهاية المطاف خريطة لمواضع نحو 250 ألف مجرة.

شكل 2: «خريطة ليك». تُظهر «خريطة ليك»، التي أنتجت بواسطة العد البصري الدقيق للمجرات على أسطح المسح توزيع حوالي مليون مجرة عبر السماء. إن نمط الخيوط والعناقيد مبهر، والكتلة الدائرية الكثيفة قرب المركز هي عنقود الهلبة المجري.

المصطلح العام المستخدم لوصف التجمع المادي للعديد من المجرات هو «عنقود المجرات» أو «العنقود المجري». ومن الممكن أن تتفاوت العناقيد المجرية بشدة من حيث الحجم والثراء. على سبيل المثال، مجرتنا – درب التبانة – عضو فيما يسمى «المجموعة المحلية» من المجرات، وهي عنقود صغير نسبيًّا من المجرات، المجرة الوحيدة الكبيرة بينها هي مجرة أندروميدا M31. وعلى النقيض تماما، يوجد ما يسمى «العناقيد المجرية الثرية»، والمعروفة أيضًا باسم «عناقيد أبيل»، والتي تحتوي مئات عدةً أو حتى الاف المجرات في منطقة لا تتجاوز ملايين قليلة من السنوات الضوئية عرضًا؛ ومن الأمثلة البارزة القريبة على هذه الكيانات عنقودًا الهلبة والعذراء المجرِّيَّان. وفيما بين هذين النقيضين، يبدو أن المجرات موزّعة في منظومات متفاوتة الكثافة على نحو تدريجي (أو هرمي). وأشد عناقيد أبيل كثافة هي أجرام منهارة على نفسها تحافظ جاذبيتها الخاصة على تماسكها معًا. أما المنظومات الأقل ثراءً والأكثر انتشارًا مكانيًّا فقد لا تكون مترابطة بهذه الطريقة، وإنما قد تعكس ببساطة ميلا إحصائيا عاما لتجمع المجرات معًا.

شكل 3: عملية مسح «حقل الدرجتين» للإزاحة الحمراء للمجرات من المخطط أن تقيس عملية المسح هذه، والتي لا تزال جارية، الإزاحات الحمراء لنحو 250 ألف مجرة. ورغم عدم الانتهاء من بعض أجزاء عملية المسح، وهو ما يتسبب في قطع ناقصة في الخريطة، فإنه بمقدورنا أن نرى ظهور شبكة معقدة من البنى الممتدة حتى مسافة مليارات السنوات الضوئية من موضعنا.

ومع ذلك ليست العناقيد المجرية المنفردة أكبر البنى التي يمكن رؤيتها. فتوزيع المجرات على نطاقات تزيد عن حوالي 30 مليون سنة ضوئية يكشف أيضًا عن درجة بالغة من التعقيد. وقد بيَّنتْ عمليات المسح الرصدية الحديثة أن المجرات ليست موزّعة في «فقاقيع» شبه كروية، شأن عناقيد أبيل، وإنما أحيانًا ما تمتد كذلك في بنى شبه خطية تسمى «الخيوط»، أو في بنى مسطحة أشبه بالألواح على غرار تلك البنية المسماة «السور العظيم». وهذه البنية أشبه بتجميعة ثنائية الأبعاد تقريبًا من المجرات، واكتشفت عام 1988 على يد علماء الفلك بمركز هارفرد سميثسونيان للفيزياء الفلكية. و«السور العظيم» لا تقلُّ أبعاده عن 200 مليون سنة ضوئية في 600 مليون سنة ضوئية، بينما يقل سمكه عن 20 مليون سنة ضوئية. وهو يحتوي الافًا عدة من المجرات وله كتلة لا تقل عن 10¹⁶ مرة قدر كتلة الشمس. والعناقيد الثرية نفسها متجمعة في تجميعات ضخمة مترابطة على نحو غير محكم تسمَّى «العناقيد الفائقة». والعديد من هذه العناقيد معروف، وهي تحتوي على نطاق واسع يتراوح بين عشرة عناقيد ثرية إلى ما يزيد عن الخمسين عنقودًا وأشهر العناقيد المجرية الفائقة ذلك العنقود المسمى «عنقود شابلي الفائق»، أما أقربها إلينا فهو «العنقود الفائق المحلي» الذي مركزه عنقود العذراء المجري المذكور سابقًا، وهو بنية مسطحة توجد في المستوى الذي تتحرك فيه «المجموعة المحلية». ومن المعروف أن العناقيد المجرية الفائقة تصل أحجامها إلى نحو 300 مليون سنة ضوئية، وتحتوي كتلةً تصل إلى 10¹⁷ مرة قدر كتلة الشمس.

يُكمل هذه البنى مناطق شاسعة من الفضاء الخاوي تقريبا، والعديد من هذه المناطق يبدو كروي الشكل تقريبًا. وهذه «الفراغات» تحتوي عددًا من المجرات أقل بكثير من المعتاد، وقد لا تحتوي أية مجراتٍ على الإطلاق. وقد رصدت فراغات في عمليات مسح الإزاحة الحمراء الواسعة النطاق لها كثافة تقل عن 10 بالمائة من متوسط الكثافة على نطاق يصل إلى 200 مليون سنة ضوئية. وليس وجود هذه الفراغات الكبيرة بالأمر المفاجئ، في ضوء وجود العناقيد المجرية والعناقيد المجرية الفائقة على نطاقات كبيرة للغاية؛ وذلك لأنه من الضروري أن توجد مناطق ذات كثافة أقل من المتوسط كي توجد مناطق أخرى ذات كثافة أكبر من المتوسط.

إن الانطباع الذي يحصل المرء عليه عند النظر إلى خرائط البنى الواسعة النطاق هو انه توجد «شبكة» كونية شاسعة؛ شبكة معقدة من السلاسل والألواح المتفاعلة. لكن من أين جاء كل هذا التعقيد؟ إن نموذج الانفجار العظيم مبني على افتراض مفاده أن الكون منسق ومتجانس؛ أي إنه يتوافق مع المبدأ الكوني. ولحسن الحظ يبدو أن البنى تختفي بالفعل في النطاقات الأكبر من نطاق تلك الشبكة الكونية. وقد تأكد هذا أيضًا من واقع المشاهدات الخاصة بإشعاع الخلفية الميكروي الكوني، الذي يأتينا من الكون المبكر بعد أن انتقل عبر خمسة عشر مليار سنة ضوئية. إن الخلفية الكونية تبدو متجانسة على نحو شبه تام في السماء، وهو ما يتفق مع المبدأ الكوني. لكنها متجانسة على نحو «شبه» تام، لا على نحو تام.