潛伏在深空的巨型結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)了我們對(duì)宇宙的理解

遙遠(yuǎn)宇宙中的巨大結(jié)構(gòu)正在挑戰(zhàn)我們對(duì)宇宙如何演化的理解。

在經(jīng)過69億年的光到達(dá)我們身邊的光線中，天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一個(gè)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(jī)制都不匹配。

大環(huán)，正如結(jié)構(gòu)所命名的那樣，可能意味著我們需要修改標(biāo)準(zhǔn)型號(hào)宇宙學(xué)。

這一發(fā)現(xiàn)由中央蘭開夏大學(xué)的天文學(xué)家亞歷克西婭·洛佩茲（Alexia Lopez）領(lǐng)導(dǎo)，被介紹在 1 月份的美國天文學(xué)會(huì)第 243 次會(huì)議上，并在預(yù)印本紙張可在arXiv上獲得.

這是洛佩茲和她的同事發(fā)現(xiàn)的第二個(gè)巨型結(jié)構(gòu)。第一個(gè)，稱為巨型弧線，其實(shí)在天空的同一部分，在相同的距離.當(dāng)2021年宣布發(fā)現(xiàn)弧線時(shí)，天文學(xué)家感到困惑。大戒指只會(huì)加深神秘感。

“在我們目前對(duì)宇宙的理解中，這兩種超大結(jié)構(gòu)都不容易解釋。洛佩茲在一月份說.“它們的超大尺寸、獨(dú)特的形狀和宇宙學(xué)上的接近性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)系似乎是與一種叫做重子聲振蕩（鮑）。這些是遍布整個(gè)太空的巨型圓形星系排列。它們實(shí)際上是球體，是聲波的化石，它們?cè)谠缙谟钪嬷袀鞑?，然后?dāng)空間變得如此彌漫，聲波無法再傳播時(shí)凍結(jié)。

大戒指不是BAO。BAO都是直徑約10億光年的固定大小。對(duì)大環(huán)的徹底檢查表明，它更像是一個(gè)開瓶器形狀，其排列方式使其看起來像一個(gè)環(huán)。

這就留下了一個(gè)非常懸而未決的問題：它到底是什么？這對(duì)宇宙學(xué)原理意味著什么，它指出，在所有方向上，任何給定的空間斑塊都應(yīng)該看起來與所有其他空間斑塊幾乎相同？

“當(dāng)我們大尺度觀察宇宙時(shí)，我們預(yù)計(jì)物質(zhì)在空間中各處均勻分布，因此在一定大小以上應(yīng)該沒有明顯的不規(guī)則性，”洛佩茲解釋道.

“宇宙學(xué)家計(jì)算出目前結(jié)構(gòu)的理論尺寸極限為12億光年，但這兩種結(jié)構(gòu)都大得多——巨弧幾乎是巨弧的三倍，大環(huán)的周長與巨弧的長度相當(dāng)。

但尺寸只是問題之一。另一個(gè)是它對(duì)宇宙學(xué)的意義，即對(duì)宇宙演化的研究。當(dāng)前的模型是目前最符合我們觀察到的模型，但在其框架下，有一些特征很難解釋。

已經(jīng)提出了其他模型來解決這些特征。在這樣的模型下，羅杰·彭羅斯（Roger Penrose）的共形循環(huán)宇宙學(xué)，宇宙在其中經(jīng)歷了無盡的生活大爆炸膨脹周期，環(huán)狀結(jié)構(gòu)是可以預(yù)期的——盡管值得注意的是，共形循環(huán)宇宙學(xué)有它自己的重大問題.

另一種可能性是，這些結(jié)構(gòu)是時(shí)空結(jié)構(gòu)中的一種拓?fù)淙毕荩Q為宇宙弦.這些被認(rèn)為是早期宇宙中出現(xiàn)的質(zhì)子范圍的皺紋，隨著時(shí)空的拉伸，然后凍結(jié)到位。我們還沒有發(fā)現(xiàn)太多宇宙弦的物理證據(jù)，但理論證據(jù)非常有希望。

目前，沒有人確切知道大環(huán)和巨弧意味著什么。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，散布在整個(gè)宇宙中，隱藏在眾目睽睽之下。

“從目前的宇宙學(xué)理論來看，我們認(rèn)為這種規(guī)模的結(jié)構(gòu)是不可能的，”洛佩茲說.“我們可以期待在我們所有可觀測(cè)的宇宙中可能有一個(gè)非常大的結(jié)構(gòu)。然而，大環(huán)和巨弧是兩個(gè)巨大的結(jié)構(gòu)，甚至是宇宙學(xué)上的鄰居，這非常令人著迷。

該研究已在第243次會(huì)議上提出。美國天文學(xué)會(huì)并在arXiv.org 的預(yù)印紙.

本文的早期版本于 2024 年 1 月發(fā)布。

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