Масивна структура, засечена в далечната Вселена, оспорва представите ни за това как се е развивала тя.

Почти съвършен пръстен от галактики

През 2024 г. астрономи откриват гигантски, почти съвършен пръстен от галактики с диаметър около 1,3 милиарда светлинни години.

Да, прочетохте правилно: милиарда светлинни години.

Структурата не се вписва в нито един познат модел за формиране на подобни космически обекти.

Откритието, ръководено от астронома Алексия Лопес от Университета на Централен Ланкашир, е представено на 243-тата среща на Американското астрономическо дружество през 2024 г. и е публикувано в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.

Сигналът е регистриран чрез светлина, която е пътувала 6,9 милиарда години, преди да достигне до нас.

Съществуването на Големия пръстен, както е наречена структурата, може да означава, че трябва да преразгледаме стандартния модел на космологията.

Мистерия, която се задълбочава

Това е втората гигантска структура, открита от Лопес и нейните колеги. Първата, наречена Гигантската арка, се намира в същата част на небето и на същото разстояние. Когато откриването ѝ бе обявено през 2021 г., то озадачи астрономите. Големият пръстен прави загадката още по-дълбока.

„Нито една от тези две свръхголеми структури не може лесно да бъде обяснена в рамките на сегашното ни разбиране за Вселената“, казва Лопес през януари 2024 г.

„Техните огромни размери, отличителни форми и близостта им в космологичен мащаб със сигурност ни подсказват нещо важно – но какво точно?“

Защо това не прилича на обичайна космическа структура

Най-очевидната връзка на пръв поглед е с явление, известно като барионни акустични осцилации, или БАО. Това са гигантски, кръгови подреждания на галактики, които се срещат из цялото пространство. В действителност те представляват сфери – своеобразни останки от акустични вълни, разпространявали се в ранната Вселена. По-късно тези следи са се „запечатали“, когато пространството е станало толкова разредено, че акустичните вълни вече не са можели да се движат.

Големият пръстен обаче не е БАО. Барионните акустични осцилации имат сравнително постоянен размер – около 1 милиард светлинни години в диаметър. По-внимателният анализ на Големия пръстен показва, че той по-скоро наподобява тирбушон, ориентиран така, че от нашата гледна точка изглежда като пръстен.

Подобни въпроси са особено важни и за изследванията на ранната Вселена, тъй като именно там учените търсят първите следи от процесите, довели до образуването на галактиките и най-големите космически структури.

Предизвикателство към Космологичния принцип

Така остава големият въпрос: какво всъщност представлява тази структура? И какво означава тя за Космологичния принцип – идеята, че погледната в достатъчно голям мащаб, Вселената би трябвало да изглежда приблизително еднакво във всички посоки и във всеки свой голям участък?

„Очакваме материята да бъде разпределена равномерно навсякъде в пространството, когато разглеждаме Вселената в голям мащаб. Затова над определен размер не би трябвало да наблюдаваме забележими неравномерности“, обяснява Лопес.

„Космолозите изчисляват, че настоящата теоретична граница за размера на подобни структури е 1,2 милиарда светлинни години. И все пак и двете структури са много по-големи – Гигантската арка е почти три пъти по-голяма, а обиколката на Големия пръстен е сравнима с дължината на Гигантската арка.“

Но размерът е само част от проблема. Другият въпрос е какво означава това за космологията – науката, която изучава развитието на Вселената. Сегашният модел засега най-добре съответства на наблюденията ни, но в неговите рамки има явления, които остават трудни за обяснение.

Възможни обяснения: циклична Вселена и космически струни

Съществуват и други модели, които се опитват да дадат отговор на подобни несъответствия. Един от тях е конформната циклична космология на Роджър Пенроуз. Според нея Вселената преминава през безкрайна поредица от цикли на разширяване, подобни на Големия взрив. В такъв модел пръстеновидни структури могат да бъдат очаквани. Важно е обаче да се уточни, че самата конформна циклична космология има сериозни нерешени проблеми.

Друга възможност е тези структури да са вид топологичен дефект в тъканта на пространство-времето, известен като космически струни. Те се описват като „бръчки“ с ширина, сравнима с тази на протон, които може да са се появили в ранната Вселена, докато пространство-времето се е разтягало, а след това са останали фиксирани в него.

Досега не са открити убедителни физически доказателства за съществуването на космически струни, но теоретичните основания за тях остават обещаващи.

Големите карти на Вселената може да разкрият още следи

Засега никой не знае със сигурност какво означават Големият пръстен и Гигантската арка. Възможно е те да са просто случайни подреждания на галактики, извиващи се по небесния свод, макар че вероятността за това изглежда доста малка.

Най-добрият шанс за отговор е да бъдат открити още подобни подредби на галактики, разпръснати из Вселената и скрити буквално пред очите ни. Именно затова картографирането на Вселената и все по-прецизните наблюдения на далечните галактики са ключови за проверката на космологичните модели.

„Според настоящите космологични теории не смятахме, че структури от такъв мащаб са възможни“, казва Лопес.

„Можехме да очакваме може би една изключително голяма структура в цялата наблюдаема Вселена. Но Големият пръстен и Гигантската арка са две огромни структури, при това космологични съседи – нещо изключително впечатляващо.“

Откритието се вписва в по-широкия дебат за това как са се формирали първите галактики и как ранните структури са повлияли върху по-късната еволюция на космоса. Затова все по-важни стават и изследванията на ранните галактики, които могат да дадат нови насоки за разбирането на най-дълбоката история на Вселената.

Резултатите са публикувани в Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.