Milžiniškas Galaktikų Žiedas: išbandymas kosmologijai

Įsivaizduokite galaktikų ratą, toks milžiniškas, kad jis išbando astronomų naudojamas kosmoso aprašymo taisykles. 2024 m. Alexia Lopez vadovaujama grupė Centrinio Lancashire universitete pranešė apie būtent tokį objektą: Didįjį Žiedą, beveik tobulą galaktikų žiedą, kurio skersmuo maždaug 1,3 milijardo šviesmečių. Šviesa, kurią matome, paliko tą sritį maždaug prieš 6,9 milijardo metų, o žiedo geometrija neatitinka jokio įprasto susiformavimo proceso.

Atradimas ir netipiška geometrija

Didysis Žiedas pateko į mokslinę literatūrą po pristatymo 243-iojoje Amerikos astronomijos draugijos konferencijoje ir vėlesnio straipsnio žurnale "Kosmologijos ir astropartikulių fizika". Tai, kas daro atradimą įspūdingu, yra tiek jo mastas, tiek vieta: jis yra šalia kito painaus objekto, Milžiniško Lanko, kurį Lopez ir bendradarbiai pranešė 2021 m. Du milžiniški kaimynai tame pačiame dangaus sektoriuje ir panašiu atstumu, tai ne tai, ko kosmologai tikėjosi matyti.

Žiedas apima maždaug 1,3 milijardo šviesmečių skersmenį, taip, milijardų, ir pradinė analizė rodo, kad tai nėra paprasta apskrita struktūra, susiformavusi žinomų fizikos procesų dėka. Vietoje maždaug sferinių sluoksnių, susijusių su baryoninėmis akustinėmis oscilacijomis, Didysis Žiedas trimačiame vaizde labiau primena varžtą, orientuotą taip, kad jo projekcija į mūsų dangų primena žiedą.

Didysis Žiedas (mėlyna) ir Milžiniškas Lankas (raudona).

Tokia projekcija yra esminė. Stebėtojams reikia išnarplioti, ar regima forma yra struktūros vidinė savybė, ar perspektyvos pasekmė. Abu variantai turi pasekmių. Jei forma vidinė, dabartiniai struktūrų susidarymo modeliai sunkiai paaiškina, kaip materija galėtų susitelkti tokiuose mastuose. Jei žiedas yra kompleksiškesnio siūlų pavidalo išsidėstymo projekcija, vis tiek turime nepatogią sutapimą: du itin dideli dariniai, šalia vienas kito ir panašiu atstumu.

Kodėl tai svarbu kosmologijai

Kosmologija remiasi statistine vienodumu ir izotropija, tai yra kosmologijos principas, teigiantis, kad pakankamai dideliais mastais Visata turėtų atrodyti maždaug vienodai visomis kryptimis. Teoriniai skaičiavimai nustato viršutinę koherentiškų struktūrų ribą maždaug 1,2 milijardo šviesmečių. Milžiniškas Lankas siekia beveik tris kartus didesnį mastą, o Didžiojo Žiedo aplinkkelis lenkia Lanko ilgį. Šie neatitikimai yra daugiau nei smulkmenos; jie verčia kosmologus klausti, ar mūsų statistiniai lūkesčiai yra neišsamūs, ar retkarčiais gali atsirasti ekstremalios, labai retos formacijos Visatoje, kurią įprastai gerai aprašo standartinis modelis.

Buvo pasiūlyta keletas alternatyvų. Baryoninės akustinės oscilacijos yra mažai tikėtinas paaiškinimas: BAO turi charakteringą mastą apie milijardą šviesmečių ir pasireiškia kaip sferiniai sluoksniai, o ne varžtai. Rogerio Penrose'o konforminė ciklinė kosmologija numato žiedų pavidalo palikinius kaip ankstesnio aeono liekanas, tačiau tai sistema turi savo iššūkių ir nėra plačiai priimama kaip pakaitalas. Kita spekuliatyvi idėja yra, kad žiedas ir lankas yra kosminių stygų, siaurų ir didelės energijos erdvėlaikio defektų, susidariusių ankstyvosios Visatos fazių perėjimų metu, ženklai. Teorinis susidomėjimas stygomis išlieka didelis, bet tiesioginių stebėjimų įrodymų trūko.

Galaktikų diagrama, vaizduojanti Didįjį Žiedą, maždaug centruota ties 0 x ašyje.

Arba, mažiau egzotiškai, abu dariniai gali būti statistiniai atsitiktinumai: tikėtinos siūlų ir spiečių išlyginimo anomalinės derinys, kuris atrodo neįprastai tik todėl, kad sutampa tame pačiame dangaus plote. Šios galimybės negalima visiškai atmesti, bet tikimybė sumažėja smarkiai, kai dvi tokios išskirtinės struktūros susijungia kosmologiniame kaimynystėje.

Ką daryti toliau yra praktiškas darbas: plėsti paiešką. Artėjantys ir vykstantys plataus lauko stebėjimai, pavyzdžiui, Tamsiosios energijos spektroskopinis instrumentas (DESI), Europos kosmoso agentūros Euclid misija ir duomenys iš Rubino observatorijos, žemėlapiuos galaktikų pasiskirstymą milžiniškuose tūriuose. Šie duomenų rinkiniai arba atras daugiau pernelyg didelių struktūrų, priversdami giliau peržiūrėti teorijas, arba parodys, kad Didysis Žiedas ir Milžiniškas Lankas yra reti anomalijų pavyzdžiai gerai sutvarkytoje Visatoje.

Eksperto įžvalga

"Neįprastiems teiginiams reikia neįprastų įrodymų," sako dr. Elena Morales, stebinio pobūdžio kosmologė, nedalyvavusi atradime. "Jei papildomi, nepriklausomi duomenys atskleis panašius raštus kitur, turėsime persvarstyti, kaip modeliuojame didelio masto klasterizaciją. Jei ne, šie dariniai vis tiek išmokys mus apie kosminių statistikų uodegą, kaip reti įvykiai gali apsimesti nauja fizika."

Dr. Morales pabrėžia pragmatišką aspektą: prioritetas yra geresnės trimatės rekonstrukcijos ir raudono poslinkio patvirtinimai. Taip pat reikalingas patobulintas atrankos efektų ir stebėjimų geometrijos modeliavimas, kuris padės nustatyti, ar žiedo išvaizda yra fizinė, ar stebėjimo artefaktas.

Išvados

Didysis Žiedas ir Milžiniškas Lankas primena, kad gamta gali mus nustebinti. Jie stovi duotųjų duomenų ir teorijos ribose, kur stebėjimas verčia persvarstyti. Nesvarbu, ar jie skelbia naują fiziką, yra trumpalaikiai statistiniai sutapimai, ar neįprasti žinomų procesų pasireiškimai, dabar pareiga tenka stebintiesiems: žemėlapiuoti, tikrinti ir arba apibendrinti, arba priskirti šiuos milžinus kosminei smulkmenai.

Rasti daugiau tokių struktūrų, arba įrodyti jų unikalumą, dar labiau susiaurins mūsų supratimą apie tai, kaip Visata išsidėsto didžiausiais mastais.