太空中的巨型結構挑戰我們對宇宙的理解

遙遠宇宙中的巨大結構違背了我們對宇宙如何演化的理解。

天文學家在經過 69 億年才到達我們的光中，發現了一個巨大的、幾乎完美的星系環，直徑約為 13 億光年。它與任何已知的結構或形成機制都不匹配。

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

這項發現由中央蘭開夏大學的天文學家亞歷克西婭·洛佩茲 （Alexia Lopez） 領導，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現的第二個巨型結構。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 年宣布該弧的發現時，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，這兩個超大結構都不容易解釋，”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現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。

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該有明顯的不規則性，”洛佩茲解釋說.

“宇宙學家計算出目前結構的理論大小極限是 12 億光年，但這兩個結構都要大得多——巨弧幾乎大三倍，大環的周長與巨弧的長度相當。”

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） 的共形循環宇宙學，宇宙在其中經歷無盡Big Bang膨脹周期，環狀結構是預期的——盡管值得注意的是，共形循環宇宙學具有自身的重大問題.

另一種可能性是這些結構是時空結構中的一種拓撲缺陷，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的質子范圍的皺紋，然后凍結到位。

我們還沒有找到太多宇宙弦的物理證據，但理論證據相當有希望。

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，我們認為這種規模的結構是不可能的，”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構。然而，大環和巨弧是兩個巨大的結構，甚至是宇宙學上的鄰居，這非常迷人。

調查結果報告在宇宙學與天體粒子物理學雜志.

本文的早期版本發表于 2024 年 1 月。

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