Гигантская дуга и Большое кольцо: Почему они противоречат стандартной модели космологии и что дает их изучение?

Согласно Стандартной космологической модели, ранняя Вселенная должна была быть достаточно однородной. Однако в 2021 году астрономы обнаружили крупную группировку галактик, формирующую гигантскую дугу протяженностью 3,3 миллиарда световых лет. Теперь появилось еще одно образование большого масштаба — огромное кольцо галактик, получившее название "Большое кольцо". Вместе гигантская дуга и Большое кольцо представляют собой вызов для Стандартной модели и могут подвергнуть сомнению представления космологов о начальных этапах Вселенной.

"Большое кольцо и Гигантская дуга находятся на одинаковом расстоянии от нас, близко к созвездию Волопаса, что означает, что они существовали в одно и то же время, когда Вселенная была вдвое моложе. Они также находятся в одном и том же районе неба, на расстоянии всего 12 градусов. Обнаружение двух чрезвычайно крупных структур так близко друг к другу поднимает возможность того, что вместе они формируют еще более удивительную космологическую систему", — говорит Алексия Лопез, которая обнаружила оба образования в сотрудничестве со своим научным руководителем Роджером Клоусом и коллегой Герардом Виллиджером.

Большое кольцо и Гигантская дуга состоят из галактик, настолько тусклых и слабых, что обычно их невозможно увидеть. Однако далекие квазары (активные чёрные дыры в центрах галактик) пропускают свет сквозь эти тусклые галактики, где часть света поглощается материей.

В частности, Лопез и её коллеги искали доказательства того, что тусклые галактики блокируют магниевые ионы, Mg-II. "Мы обнаружили их в данных Sloan Digital Sky Survey, что предоставило нам положение и расстояние от невидимых галактик. Это позволило создать карту галактик в трех измерениях и выявить Гигантскую дугу и Большое кольцо, находящиеся на расстоянии 9,2 миллиарда световых лет", — говорит Лопез.

"Большое кольцо имеет значимость 5,2 сигмы. Это превышает пороговое значение в 5 сигм, что является астрономическим уровнем значимости, необходимым для подтверждения открытия", — говорит Лопез, объясняя важность этого открытия.

Одним из возможных объяснений таких крупных структур является Барионная акустическая осцилляция (БАО). Предполагается, что волны, образованные гравитационными взаимодействиями в ранней Вселенной, могли создать "пузыри" материи на больших масштабах. Однако БАО обычно порождает сферические структуры, в то время как Большое кольцо является двумерным.

На ежегодной конференции Американского астрономического общества 10 января 2024 года Лопез упомянула два возможных альтернативных объяснения. Первое связано с существованием космических струн, предложенных в рамках струнной теории в 1970-х годах. "Космические струны могли быть созданы в ранней Вселенной и оставить свой след на структуре вещества", — говорит Лопез.

Большое кольцо и Гигантская дуга также могут быть объяснены другой моделью космологии, такой как конформальная циклическая космология (CCC), предложенная физиком Роджером Пенроузом. "В CCC Вселенная проходит бесконечные циклы Большого взрыва. Она бесконечно расширяется, и вся материя распадается до тех пор, пока разница между пустой расширенной Вселенной и сингулярностью Большого Взрыва сводится только к вопросу масштаба", — объясняет Лопез.

Дальнейшее исследование этих структур и их значения в контексте развития Вселенной представляют вызов для космологии. Эти открытия позволяют приблизиться к пониманию происхождения и эволюции Вселенной, а также могут привести к пересмотру существующих теорий.