Ранняя Вселенная, согласно Стандартной модели космологии, должна была быть довольно однородным местом с небольшой структурой и расположением. Однако в 2021 году астрономы обнаружили обширную структуру галактик, образующих гигантскую дугу диаметром 3,3 миллиарда световых лет. Теперь появилась вторая крупномасштабная закономерность. На этот раз это огромный круг галактик, получивший название «Большое Кольцо». Вместе Гигантская Дуга и Большое Кольцо бросают вызов Стандартной модели и могут отправить космологов обратно к чертежной доске.
«Большое Кольцо и Гигантская Дуга находятся на одинаковом расстоянии от нас, недалеко от созвездия Волопаса-Пастуха, а это означает, что они существовали в одно и то же космическое время, когда Вселенная была лишь половиной своего нынешнего возраста. Они также находятся в одной и той же области неба, на расстоянии всего 12 градусов друг от друга при наблюдении ночного неба», — говорит Алексия Лопес, аспирантка Университета Центрального Ланкашира, которая обнаружила обе структуры вместе с научным руководителем Роджером Клоузом и соавтором Джерардом Уиллигером.
«Идентификация двух необычных сверхбольших структур в такой близкой конфигурации повышает вероятность того, что вместе они образуют еще более необычную космологическую систему».
Большое Кольцо и Гигантская Дуга состоят из галактик, настолько тусклых и слабых, что их обычно невозможно увидеть. Однако далекие квазары (яркие точечные источники, возникающие из-за активных черных дыр в центрах галактик) излучают свет через тусклые галактики, где материя поглощает часть света.
В частности, Лопес и ее коллеги искали доказательства того, что тусклые галактики блокируют ион магния под названием Mg-II. Они нашли это в данных Слоановского цифрового обзора неба, которые дали им как положение, так и расстояние до невидимых в противном случае галактик.
Это позволило Лопесу нанести на карту галактики в трех измерениях, и это позволило обнаружить Гигантскую Дугу и Большое Кольцо на расстоянии 9,2 миллиарда лет.
На этом этапе истории Вселенной, согласно Стандартной модели, любая существующая структура не должна быть больше 1,2 миллиарда световых лет в поперечнике. Однако и Арк, и Кольцо намного превосходят это, и они не кажутся случайными:
«Мы провели некоторую статистику и обнаружили, что значение Большого кольца составляет 5,2 сигмы. Это превышает золотой порог 5 сигм», — говорит Лопес, имея в виду обычный уровень значимости, который ученые требуют от себя для подтверждения открытия.
Одно из возможных объяснений подобных крупных структур называется барионными акустическими колебаниями (БАО). В самые ранние моменты существования Вселенной звуковые волны и волны давления, сформированные гравитационными взаимодействиями, могли образовывать «пузыри» материи больших масштабов.
БАО допускается Стандартной моделью космологии. Однако оно имеет тенденцию создавать сферические структуры, тогда как Большое Кольцо двумерно.
Поэтому необходимо другое объяснение.
На пресс-конференции на ежегодном собрании Американского астрономического общества 10 января 2024 года Лопес сослался на два возможных альтернативных объяснения.
Во-первых, эти структуры могут быть свидетельством существования космических струн: одномерных топологических дефектов, предложенных в 1970-х годах как часть теории струн. Космические струны теоретически могли возникнуть в ранней Вселенной и оставить свой след в структуре материи.
Большое Кольцо и Гигантскую Дугу также можно объяснить с помощью совершенно другой модели космологии, такой как модель конформной циклической космологии (CCC), предложенная физиком Роджером Пенроузом.
В этой модели Вселенная проходит через бесконечные циклы большого взрыва за большим взрывом. В CCC нет необходимости, чтобы Вселенная снова сжималась в результате Большого сжатия, а, скорее, она расширяется бесконечно, и вся материя распадается до тех пор, пока математически разница между пустой расширенной Вселенной и сингулярностью Большого взрыва не станет просто вопросом. масштаба – а когда материи нет (как в конце Вселенной, так и в начале), масштаб не имеет значения. Расширенная пустая вселенная может стать следующей сингулярностью, перезапустив цикл.
Важно отметить, что CCC оставит после себя свидетельства предыдущего цикла (того, что Пенроуз называет Эоном) в новом Эоне. Другими словами, он мог бы создать структуры размером с Большое Кольцо и Гигантскую Дугу.
Это захватывающие теории. Однако до сих пор ни одна альтернативная модель Вселенной, даже CCC, не смогла заменить Стандартную модель космологии благодаря ее явной объяснительной способности описывать то, что мы наблюдаем во Вселенной вокруг нас. Но в Стандартной модели действительно растет число трещин и пробелов, что намекает на то, что однажды она может быть улучшена или заменена.
Гигантская Дуга и Большое Кольцо вместе представляют собой одну из таких трещин, место, где наши знания о физике Вселенной не могут объяснить то, что мы наблюдаем.
По крайней мере, это повод продолжать поиски.
Узнать больше:
«Большая космологическая загадка», Университет Центрального Ланкашира.
Посмотрите пресс-конференцию. AAS 243, 10 января 2024 г.
