Обближней Вселенной информации немного, но наблюдения помогают понять её структуру и основные характеристики. О большой Вселенной знаем мало: лишь гипотезы, которые строят с помощью космологических теорий, например Стандартной космологической модели.
Наблюдения за макроструктурами, такими как скопления галактик и суперкластеры галактик, способны помочь описать Вселенную. Это позволяет понять, как собираются самые крупные объекты в космосе и, таким образом, узнать о распределении гигантской паутины Вселенной. Гигантская дуга, открытая в 2021 году и имеющая длину около 3,3 миллиарда световых лет, является одной из самых больших макроструктур, обнаруженных на данный момент.
Два дня назад, во время 243-го заседания Американского астрономического общества (AAS), аспирант Алексия Лопес из Университета Центрального Ланкашира сообщила об открытии макроструктуры в далекой Вселенной, названной Гигантским кольцом. Оно расположено на расстоянии 9,2 миллиарда световых лет от Земли, имеет диаметр около 1,3 миллиарда световых лет и окружность около 4 миллиардов световых лет. Если бы мы могли ее видеть, она занимала бы пространство, соответствующее 15 полным лунам.
Обнаружение новой макроструктуры, которая находится в том же «космическом окружении», что и Гигантская дуга, заставило пересмотреть некоторые ключевые идеи космологии. Как сказала Лопес:
Ни одна из этих структур нельзя объяснить на основе нашего текущего знания о Вселенной. Их огромные размеры, особенности форм и близость к нам указывают на то, что это значимо. Но что именно?
Известные макроструктуры нашей Вселенной
С начала 1980-х астрономы находят в небе образования, превосходящие по масштабу суперкластеры галактик — скопления галактик, ранее признанные наибольшими космическими структурами.
Первой стала Великая стена CfA2, открытая в 1989 году. Это огромная нить, которая удерживает несколько скоплений галактик. Ее размер оценивается в 500-750 миллионов световых лет, ширина — в 200 миллионов световых лет, а толщина — около 16 миллионов световых лет. Точно неизвестно, насколько далеко простирается эта нить из-за поглощения света в плоскости Млечного Пути, в которой находится Земля.
В апреле 2003 года открыли Великую стену Слоуна — структуру из гигантской стены галактик длиною 1,37 миллиарда световых лет, что примерно шестнадцатая часть диаметра наблюдаемой Вселенной. В 2020 году обнаружили аналогичную стену, размером почти таким же, и назвали её Стеной Южного полюса из-за высокой концентрации галактик на небесном Южном полюсе.
В 2013 году команда под руководством Университета Центрального Ланкашира обнаружила группу из 73 квазаров диаметром около 4 миллиардов световых лет, назвав её Огромной группой больших квазаров (Huge-LQG). В 2016 году была обнаружена Огромная большая квазарная группа (BOSS) — суперкластерный комплекс диаметром в 1 миллиард световых лет, масса которого по оценкам, в 10 000 раз превышает массу Млечного Пути.
Известны две самые большие структуры: Великая стена размером около 10 миллиардов световых лет, открытая в 2013-м (HCB Great Wall, Hercules-Corona Borealis Great Wall), и Гигантская дуга.
Великое кольцо
Обнаруженное Лопесом и его коллегами Великое кольцо на небе кажется почти идеальным кольцом. Анализ, проведенный Алексией, показал, что оно скорее спиральной формы, напоминающей штопор, и выровнено фронтально по отношению к Земле. Гигантская дуга, радиус которой примерно в 15 раз меньше радиуса наблюдаемой Вселенной, выглядит как огромный, почти симметричный полумесяц галактик.
Великое кольцо и Гигантская дуга расположены на одинаковом удалении от Земли, вблизи созвездия Волопас. Это свидетельствует о том, что объекты сформировались в одно и то же время с возрастом Вселенной, равным половине ее нынешнего возраста. В это время размер Вселенной был примерно в 1,8 раза меньше текущего из-за космического расширения. Оба объекта находятся в одной области неба, всего в 12 градусах друг от друга.
Исследователи считают, что близкое расположение этих двух гигантских структур указывает на образование ими ещё более масштабной космологической системы.
Открытие стало возможным благодаря наблюдению линий поглощения в спектрах квазаров, очень ярких и древних галактик из Слоановского цифрового обзора неба (SDSS). Метод, позволивший обнаружить Гигантскую дугу, использовали для наблюдения систем поглощения магния-II, освещенных квазарами.
Вызывая стандартную модель космологии Вселенной в спор.
Стандартная космологическая модель эволюции Вселенной утверждает, что такие структуры образуются и следуют нитям из водорода и темной материи, разбросанным по всей Вселенной как паутина, которую называют космической паутиной.
Большая часть нашей Вселенной построена таким образом: темная материя тянет обычную, барионную, именно её мы наблюдаем в виде длинных, тонких стен суперкластеров галактик.
Великая стена и Гигантская дуга, простирающиеся на миллиарды световых лет, противоречат космологическому принципу однородности и изотропности Вселенной. Этот принцип гласит, что на крупных масштабах Вселенная одинакова во всех точках и направлениях, поэтому не должна создавать наблюдаемых различий в структурировании на больших масштабах.
Гигантские образования типа Великой дуги, Великой стены и Великого кольца превышают пределы размерности, допустимые теоретически. Этим структурам может угрожать существующая космологическая модель, принятая большинством ученых. Космологи полагают, что максимальный размер структуры, допускаемый теорией, составляет 1,2 миллиарда световых лет. Размер этих структур намного превышает это значение.
Возможные интерпретации этих небесных кольц.
Ученые предполагают связь Великого кольца с барионными акустическими колебаниями (БАК). БАК возникают из-за флуктуаций вещества в ранней Вселенной и, по расчетам, должны представлять собой сферические оболочки в структуре галактик. Но детальное изучение Великого кольца показало несоответствие: оно слишком массивное и не имеет шарообразной формы.
Необходимо может быть рассмотрение альтернативных объяснений, отличных от стандартной космологической модели. Одним из вариантов является теория циклической конформной космологии, предложенная в 2001 году Роджером Пенроузом. Эта модель постулирует циклическую Вселенную, где конец — начало новой, поскольку низкая энтропия после тепловой смерти будет такой же, как и до Большого взрыва, из-за испарения черных дыр. Космические кольца, такие как Великое кольцо и Гигантская дуга, а также другие макроструктуры, могут быть признаком ЦКК.
Другим объяснением может служить эффект прохождения космических струн — крупных нитевидных «топологических дефектов», которые могли возникнуть во Вселенной в её ранней стадии. Лауреат Нобелевской премии Джим Пиблз предположил, что космические струны могут быть связаны с происхождением некоторых особенностей распределения галактик на большом масштабе.
Какой правильный ответ – до сих пор неясно. Современные космологические теории не допускают возможности существования структур подобного масштаба. «, — говорит Лопес. «В нашей видимой вселенной можно предположить существование невероятно массивных структур. «.