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深空中的巨大结构挑战我们的宇宙的理解

2025-05-05 07:11阅读：

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深空中的巨大结构挑战我们的宇宙的理解
ScienceAlert
Michelle Starr
Fri, May 2, 2025 at 9:08 AM GMT+9·
遥远宇宙中的一个巨大结构正在蔑视我们的宇宙如何进化了的理解。
在启示已经旅行69亿年到我们中，天文学家已经发现了一个巨大的、几乎完美的星系环，直径约为13亿光年。它不与任何已知的结构或形成机制匹配。
就像这个结构已经被命名为大环可能意味着我们需要修改宇宙学的标准模型。
这一发现由中兰开郡大学的天文学家亚历克西亚·洛佩兹领导，在2024年的美国天文学会第243次会议上发表，并已发表在《宇宙学与天体粒子物理学杂志》上。

深空中的巨大结构挑战我们的宇宙的理解
大环（蓝色）和巨大的弧（红色）。 (University of Central Lancashire)
这是由洛佩兹和她的同事们发现的第二个巨型结构。第一个叫巨弧，实际上在天空的同一部分中，在相同距离外。当这个弧的发现在2021年被宣布时它困惑了天文学家们。大环只加深这个秘密。
洛佩兹在2024年1月说，“在我们的目前宇宙的理解中，这两种超大型结构没有一个是容易来解释的”。
它们的超大尺寸、分明的形状和宇宙学上的接近性一定肯定正在告诉我们某些重要的东西——但到底是什么呢？
最直接的联系似乎是与一种叫重子声学振荡（BAO）的东西。这些是星系的巨大的、圆形排列。它们实际上是球体，传播过早期宇宙的声波的化石，然后当空间变得如此扩散声波不再旅行时冻结。
大环不是一个重子声学振荡。重子声学振荡都是一个直径约为10亿光年的固定尺寸。大环的彻底检查表明它更像是一个螺旋塞的形状，被以这样一种看起来像一个环的方式排列。
深空中的巨大结构挑战我们的宇宙的理解
一幅星系图，显示这个大环，大致中心在x轴上0 。(University of Central Lancashire)
这留下非常没有回答的问题：这到底是什么？这对宇宙学原理意味着什么、它陈述在所有方向中任何给定的空间块都应该看起来和所有其他的空间块几乎相同？
洛佩兹解释说，“当我们在一个大尺度上观望宇宙时我们期望物质在空间中被到处均匀分布，因此在一定尺寸以上不应该有可值得注意的不规则性”。
宇宙学家计算目前结构的理论尺寸极限为12亿光年，而这两种结构是远更大的——巨弧几乎三倍更大，大环的周长与巨弧的长度是可比较的。
但尺寸只是问题之一。另一个是对宇宙学它意味的宇宙的进化的研究。当前的模型是目前最适合我们观测的模型，但有一些挑战来解释它的框架之下的特性。
有其他已经被提出来解决这些特性的模型。在一个这样的模型下，罗杰·彭罗斯的共形循环宇宙学，其中宇宙经历无尽的大爆炸膨胀周期，环结构被预期——尽管值得注意的是共形循环宇宙学有它自己的重大问题。
另一种可能性是这些结构是空时的织造中的一种类型的拓扑缺陷，这些拓扑缺陷被称为宇宙之弦。这些被认为在早期宇宙中就像空时被拉伸然后冻结到位浮现的质子宽的皱纹一样。
我们还没有发现太多宇宙弦的物理证据，但理论证据是相当承诺的。
此刻，没有人确切知道大环和巨弧标志什么。它们可能只是星系卷曲过天空中的偶然排列，尽管这种可能性似乎相当的小。
最好的希望是发现更多这样的星系排列，分散在整个宇宙中，隐藏于普通的目光中。
洛佩兹说 ，“从目前的宇宙学理论我们认为在这个尺度上的结构是不可能的”。
“我们可以预期在我们所有可观测的宇宙中可能是一个超大的结构。然而大环和巨弧是两个巨大的结构并且甚至是宇宙学邻居，这是超常迷人的”。
这些发现被报道在Journal of Cosmology and Astroparticle Physics上。
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