太空中的巨型結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)我們對宇宙的理解

遙遠宇宙中的巨大結(jié)構(gòu)違背了我們對宇宙如何演化的理解。

天文學家在經(jīng)過 69 億年才到達我們的光中，發(fā)現(xiàn)了一個巨大的、幾乎完美的星系環(huán)，直徑約為 13 億光年。它與任何已知的結(jié)構(gòu)或形成機制都不匹配。

Big Ring，正如結(jié)構(gòu)所命名的那樣，可能意味著我們需要修改標準型號宇宙學。

這項發(fā)現(xiàn)由中央蘭開夏大學的天文學家亞歷克西婭·洛佩茲 （Alexia Lopez） 領(lǐng)導，被提出在 1 月舉行的美國天文學會第 243 次會議上，并已在宇宙學與天體粒子物理學雜志.

這是洛佩茲和她的同事發(fā)現(xiàn)的第二個巨型結(jié)構(gòu)。第一個稱為巨弧其實是在天空的同一部分，在相同的距離.當 2021 年宣布該弧的發(fā)現(xiàn)時，天文學家感到困惑。Big Ring 只會加深謎團。

“用我們目前對宇宙的理解來說，這兩個超大結(jié)構(gòu)都不容易解釋，”洛佩茲在 1 月份說.

“它們的超大尺寸、獨特的形狀和宇宙學上的接近肯定告訴我們一些重要的事情——但究竟是什么？”

最直接的聯(lián)系似乎與稱為重子聲學振蕩（BAO） 的 Bow S S T這些是在整個太空中發(fā)現(xiàn)的巨大圓形星系排列。它們實際上是球體，是聲波的化石，在早期宇宙中傳播，然后當太空變得如此漫射的聲波無法再傳播時，它們就凍結(jié)了。

Big Ring 不是 BAO。BAO 都是直徑約為 10 億光年的固定大小。對 Big Ring 的徹底檢查表明，它更像是一個螺旋形，排列得像一個環(huán)。

這就留下了一個非常懸而未決的問題：它到底是什么？宇宙學原理指出，在任何方向上，任何給定的太空斑塊看起來都應(yīng)該與所有其他太空斑塊幾乎相同，這對宇宙學原理意味著什么？

“當我們在大尺度上觀察宇宙時，我們預計物質(zhì)在太空中的任何地方都分布均勻，因此在一定大小以上不應(yīng)該有明顯的不規(guī)則性，”洛佩茲解釋說.

“宇宙學家計算出目前結(jié)構(gòu)的理論大小極限是 12 億光年，但這兩個結(jié)構(gòu)都要大得多——巨弧幾乎大三倍，大環(huán)的周長與巨弧的長度相當?！?/p>

但大小只是問題之一。另一個是它對宇宙學的意義，即對宇宙演化的研究。目前的模型是目前最適合我們觀察到的模型，但在其框架下有一些特征難以解釋。

已經(jīng)提出了其他模型來解決這些功能。在這樣一個模型下，羅杰·彭羅斯 （Roger Penrose） 的共形循環(huán)宇宙學，宇宙在其中經(jīng)歷無盡Big Bang膨脹周期，環(huán)狀結(jié)構(gòu)是預期的——盡管值得注意的是，共形循環(huán)宇宙學具有自身的重大問題.

另一種可能性是這些結(jié)構(gòu)是時空結(jié)構(gòu)中的一種拓撲缺陷，稱為宇宙弦.這些被認為就像早期宇宙中隨著時空的拉伸而出現(xiàn)的質(zhì)子范圍的皺紋，然后凍結(jié)到位。

我們還沒有找到太多宇宙弦的物理證據(jù)，但理論證據(jù)相當有希望。

目前，沒有人確切知道 Big Ring 和 Giant Arc 意味著什么。它們可能只是星系在天空中旋轉(zhuǎn)的偶然安排，盡管這種可能性似乎很小。

最好的希望是找到更多這樣的星系排列，它們散布在整個宇宙中，隱藏在眾目睽睽之下。

“從目前的宇宙學理論來看，我們認為這種規(guī)模的結(jié)構(gòu)是不可能的，”洛佩茲說.

“我們可以預期，在我們所有可觀測的宇宙中，可能會有一個非常大的結(jié)構(gòu)。然而，大環(huán)和巨弧是兩個巨大的結(jié)構(gòu)，甚至是宇宙學上的鄰居，這非常迷人。

調(diào)查結(jié)果報告在宇宙學與天體粒子物理學雜志.

本文的早期版本發(fā)表于 2024 年 1 月。

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