太空中的巨型结构挑战我们对宇宙的理解

遥远宇宙中的巨大结构违背了我们对宇宙如何演化的理解。

天文学家在经过 69 亿年才到达我们的光中，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。

Big Ring，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。

这项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，被提出在 1 月举行的美国天文学会第 243 次会议上，并已在宇宙学与天体粒子物理学杂志.

这是洛佩兹和她的同事发现的第二个巨型结构。第一个称为巨弧其实是在天空的同一部分，在相同的距离.当 2021 年宣布该弧的发现时，天文学家感到困惑。Big Ring 只会加深谜团。

“用我们目前对宇宙的理解来说，这两个超大结构都不容易解释，”洛佩兹在 1 月份说.

“它们的超大尺寸、独特的形状和宇宙学上的接近肯定告诉我们一些重要的事情——但究竟是什么？”

最直接的联系似乎与称为重子声学振荡（BAO） 的 Bow S S T这些是在整个太空中发现的巨大圆形星系排列。它们实际上是球体，是声波的化石，在早期宇宙中传播，然后当太空变得如此漫射的声波无法再传播时，它们就冻结了。

Big Ring 不是 BAO。BAO 都是直径约为 10 亿光年的固定大小。对 Big Ring 的彻底检查表明，它更像是一个螺旋形，排列得像一个环。

这就留下了一个非常悬而未决的问题：它到底是什么？宇宙学原理指出，在任何方向上，任何给定的太空斑块看起来都应该与所有其他太空斑块几乎相同，这对宇宙学原理意味着什么？

“当我们在大尺度上观察宇宙时，我们预计物质在太空中的任何地方都分布均匀，因此在一定大小以上不应该有明显的不规则性，”洛佩兹解释说.

“宇宙学家计算出目前结构的理论大小极限是 12 亿光年，但这两个结构都要大得多——巨弧几乎大三倍，大环的周长与巨弧的长度相当。”

但大小只是问题之一。另一个是它对宇宙学的意义，即对宇宙演化的研究。目前的模型是目前最适合我们观察到的模型，但在其框架下有一些特征难以解释。

已经提出了其他模型来解决这些功能。在这样一个模型下，罗杰·彭罗斯 （Roger Penrose） 的共形循环宇宙学，宇宙在其中经历无尽Big Bang膨胀周期，环状结构是预期的——尽管值得注意的是，共形循环宇宙学具有自身的重大问题.

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.这些被认为就像早期宇宙中随着时空的拉伸而出现的质子范围的皱纹，然后冻结到位。

我们还没有找到太多宇宙弦的物理证据，但理论证据相当有希望。

目前，没有人确切知道 Big Ring 和 Giant Arc 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，它们散布在整个宇宙中，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.

“我们可以预期，在我们所有可观测的宇宙中，可能会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，这非常迷人。

调查结果报告在宇宙学与天体粒子物理学杂志.

本文的早期版本发表于 2024 年 1 月。

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