太空中的巨型結(jié)構(gòu)挑戰(zhàn)我們對(duì)宇宙的理解

遙遠(yuǎn)宇宙中的巨大結(jié)構(gòu)違背了我們對(duì)宇宙如何演化的理解。

天文學(xué)家在經(jīng)過(guò) 69 億年才到達(dá)我們的光中，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。

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(biāo)準(zhǔn)型號(hào)宇宙學(xué)。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)由中央蘭開(kāi)夏大學(xué)的天文學(xué)家亞歷克西婭·洛佩茲 （Alexia Lopez） 領(lǐng)導(dǎo)，被提出在 1 月舉行的美國(guó)天文學(xué)會(huì)第 243 次會(huì)議上，并已在宇宙學(xué)與天體粒子物理學(xué)雜志.

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)稱為巨弧其實(shí)是在天空的同一部分，在相同的距離.當(dāng) 2021 年宣布該弧的發(fā)現(xiàn)時(shí)，天文學(xué)家感到困惑。Big Ring 只會(huì)加深謎團(tuán)。

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

“它們的超大尺寸、獨(dú)特的形狀和宇宙學(xué)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(xué)振蕩（BAO） 的 Bow S S T這些是在整個(gè)太空中發(fā)現(xiàn)的巨大圓形星系排列。它們實(shí)際上是球體，是聲波的化石，在早期宇宙中傳播，然后當(dāng)太空變得如此漫射的聲波無(wú)法再傳播時(shí)，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(duì) Big Ring 的徹底檢查表明，它更像是一個(gè)螺旋形，排列得像一個(gè)環(huán)。

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

“當(dāng)我們?cè)诖蟪叨壬嫌^察宇宙時(shí)，我們預(yù)計(jì)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(shuō).

“宇宙學(xué)家計(jì)算出目前結(jié)構(gòu)的理論大小極限是 12 億光年，但這兩個(gè)結(jié)構(gòu)都要大得多——巨弧幾乎大三倍，大環(huán)的周長(zhǎng)與巨弧的長(zhǎng)度相當(dāng)。”

但大小只是問(wèn)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。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(lái)解決這些功能。在這樣一個(gè)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)歷無(wú)盡Big Bang膨脹周期，環(huán)狀結(jié)構(gòu)是預(yù)期的——盡管值得注意的是，共形循環(huán)宇宙學(xué)具有自身的重大問(wèn)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?，稱為宇宙弦.這些被認(rèn)為就像早期宇宙中隨著時(shí)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(méi)有找到太多宇宙弦的物理證據(jù)，但理論證據(jù)相當(dāng)有希望。

目前，沒(méi)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(gè)宇宙中，隱藏在眾目睽睽之下。

“從目前的宇宙學(xué)理論來(lái)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(shuō).

“我們可以預(yù)期，在我們所有可觀測(cè)的宇宙中，可能會(huì)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，這非常迷人。

調(diào)查結(jié)果報(bào)告在宇宙學(xué)與天體粒子物理學(xué)雜志.

本文的早期版本發(fā)表于 2024 年 1 月。

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