潜伏在深空的巨型结构挑战了我们对宇宙的理解

遥远宇宙中的巨大结构正在挑战我们对宇宙如何演化的理解。

在经过69亿年的光到达我们身边的光线中,天文学家发现了一个巨大的、几乎完美的星系环,直径约为13亿光年。它与任何已知的结构或形成机制都不匹配。

大环,正如结构所命名的那样,可能意味着我们需要修改标准型号宇宙学。

这一发现由中央兰开夏大学的天文学家亚历克西娅·洛佩兹(Alexia Lopez)领导,被介绍在 1 月份的美国天文学会第 243 次会议上,并在预印本纸张可在arXiv上获得.

大圆环(蓝色)和巨弧(红色)。(中央兰开夏大学)

这是洛佩兹和她的同事发现的第二个巨型结构。第一个,称为巨型弧线,其实在天空的同一部分,在相同的距离.当2021年宣布发现弧线时,天文学家感到困惑。大戒指只会加深神秘感。

“在我们目前对宇宙的理解中,这两种超大结构都不容易解释。洛佩兹在一月份说.“它们的超大尺寸、独特的形状和宇宙学上的接近性肯定告诉我们一些重要的事情——但究竟是什么?”

最直接的联系似乎是与一种叫做重子声振荡(鲍)。这些是遍布整个太空的巨型圆形星系排列。它们实际上是球体,是声波的化石,它们在早期宇宙中传播,然后当空间变得如此弥漫,声波无法再传播时冻结。

大戒指不是BAO。BAO都是直径约10亿光年的固定大小。对大环的彻底检查表明,它更像是一个开瓶器形状,其排列方式使其看起来像一个环。

星系图,显示大环,大致以 x 轴上的 0 为中心。(中央兰开夏大学)

这就留下了一个非常悬而未决的问题:它到底是什么?这对宇宙学原理意味着什么,它指出,在所有方向上,任何给定的空间斑块都应该看起来与所有其他空间斑块几乎相同?

“当我们大尺度观察宇宙时,我们预计物质在空间中各处均匀分布,因此在一定大小以上应该没有明显的不规则性,”洛佩兹解释道.

“宇宙学家计算出目前结构的理论尺寸极限为12亿光年,但这两种结构都大得多——巨弧几乎是巨弧的三倍,大环的周长与巨弧的长度相当。

但尺寸只是问题之一。另一个是它对宇宙学的意义,即对宇宙演化的研究。当前的模型是目前最符合我们观察到的模型,但在其框架下,有一些特征很难解释。

已经提出了其他模型来解决这些特征。在这样的模型下,罗杰·彭罗斯(Roger Penrose)的共形循环宇宙学,宇宙在其中经历了无尽的生活大爆炸膨胀周期,环状结构是可以预期的——尽管值得注意的是,共形循环宇宙学有它自己的重大问题.

另一种可能性是,这些结构是时空结构中的一种拓扑缺陷,称为宇宙弦.这些被认为是早期宇宙中出现的质子范围的皱纹,随着时空的拉伸,然后冻结到位。我们还没有发现太多宇宙弦的物理证据,但理论证据非常有希望。

目前,没有人确切知道大环和巨弧意味着什么。它们可能只是星系在天空中旋转的偶然安排,尽管这种可能性似乎很小。

最好的希望是找到更多这样的星系排列,散布在整个宇宙中,隐藏在众目睽睽之下。

“从目前的宇宙学理论来看,我们认为这种规模的结构是不可能的,”洛佩兹说.“我们可以期待在我们所有可观测的宇宙中可能有一个非常大的结构。然而,大环和巨弧是两个巨大的结构,甚至是宇宙学上的邻居,这非常令人着迷。

该研究已在第243次会议上提出。美国天文学会并在arXiv.org 的预印纸.

本文的早期版本于 2024 年 1 月发布。

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