Астрономы, открывшие в 2021 году гигантскую арку из галактик, нашли рядом с ней еще одну огромную структуру — Большое кольцо. Необычные объекты пока не удается объяснить в рамках принятых космологических теорий.
Согласно стандартной космологической модели (ΛCDM), Вселенная однородна на достаточно больших масштабах. На расстоянии от 100 мегапарсек (примерно 325 миллионов световых лет) и больше в ней не должно быть заметных структур и особенностей. Для понимания масштаба: диаметр Местной группы галактик, в которую входит Млечный Путь, около трех мегапарсек (примерно 10 миллионов световых лет).
Но в 2021 году, проанализировав данные обзора Sloan, группа ученых обнаружила гигантскую арку из галактик длиной 3,3 миллиарда световых лет, то есть около тысячи мегапарсек. Если бы мы могли видеть ее невооруженным глазом на небе, она была бы в 20 раз больше Луны.
Открытие совершила группа исследователей из Университета Центрального Ланкашира (Великобритания). На очередной ежегодной встрече Американского астрономического общества группа представила новую находку — гигантское кольцо галактик в 9,2 миллиарда световых лет от нас.
«Большое кольцо и Гигантская арка находятся на одном расстоянии от нас, рядом с созвездием Волопас. Получается, что они существовали в таком виде, когда Вселенная была в два раза моложе. <…> Обнаружение двух необычных ультрабольших структур, расположенных так близко друг к другу, повышает вероятность того, что вместе они образуют еще более необычную космологическую систему», — прокомментировала открытие аспирантка Алексия Лопез, одна из авторов.
Диаметр Кольца — примерно 1,3 миллиарда световых лет, длина окружности — около четырех миллиардов световых лет. Как и Арку, его не видно невооруженным глазом, иначе оно было бы в 15 раз больше Луны.
Оба объекта исследователи нашли, анализируя, как галактики в их составе поглощают свет далеких квазаров, активных ядер галактик. По этим данным группа построила трехмерную карту области и с помощью статистических алгоритмов, направленных на поиск крупных структур, выявила объекты. По словам Лопез, статистическая значимость Большого кольца — 5,2 сигмы, то есть стандартного отклонения (пять сигм равны 99,9999 процента вероятности). Иными словами, речь идет более чем об уверенной регистрации новой структуры. В науке «золотым стандартом» для открытия считается отклонение больше пяти сигм.
Одно из возможных объяснений их появления — барионные акустические осцилляции (BAO), «рябь» в плотности галактик. Теоретически это «наследие» ранней Вселенной, когда под действием волн от гравитационных взаимодействий в пространстве сформировались гигантские «пузыри» материи. Но пузырь — трехмерная структура, а Большое кольцо — почти двумерная гигантская спираль. И по размеру Арка и Кольцо значительно больше теоретических масштабов «пузырей».
Выступая на конференции, авторы работы предложили два других объяснения: через влияние космических струн и через иную космологическую модель. Согласно теории струн, они могли образоваться в ранней Вселенной и оставить свой «след» в структуре вещества. Тогда Арку и Кольцо можно считать подтверждением.
Также их формирование можно объяснить в рамках конформной циклической космологии — модели, разработанной Роджером Пенроузом и армянским астрономом Ваагном Гурзадяном. По этой гипотезе, Вселенная живет циклами. Она расширяется и расширяется после Большого взрыва, пока не остается никакого вещества и масштабы перестают иметь значение. Тогда «пустая» Вселенная становится новой сингулярностью, цикл запускается снова. В теории предыдущие циклы должны оставлять свой «след» — как раз структуры в масштабах Арки и Кольца. Существуют и иные теории циклической космологии, об одной из которых Naked Science недавно подробно писал.
«Мы могли ожидать, может, одну чрезвычайно большую структуру в наблюдаемой Вселенной. Большое кольцо и Гигантская арка — уже две огромные структуры, к тому же соседствующие друг с другом, что очень необычно», — объяснила Алексия Лопез. Группа планирует продолжить поиск таких больших структур.