Астрономи откриват пръстеновидна космическа мегаструктура, чиито пропорции оспорват съществуващите теории за Вселената.

Така нареченият Голям пръстен има диаметър от около 1.3 милиарда светлинни години, което го прави сред най-големите структури, наблюдавани някога. На повече от 9 милиарда светлинни години от Земята, той е твърде слаб, за да се види директно, но диаметърът му на нощното небе би бил еквивалентен на 15 пълни луни.

Наблюденията, представени в четвъртък на 243-тата среща на Американското астрономическо дружество в Ню Орлиънс, са важни, защото изглежда размерът на Големия пръстенът се противопоставя на фундаментално предположение в космологията, наречено космологичен принцип. Това гласи, че над определен пространствен мащаб, Вселената е хомогенна и изглежда идентична във всяка посока.

Според настоящите космологични теории толкова огромни структури са невъзможни, обясняза Алексия Лопес (Alexia Lopez), докторант в Университета на Централен Ланкашър, който ръководи анализа.

"Вселената в голям мащаб е хомогенна и изотропна" според космологичния принцип, или еднаква, т.е. лишена от особености, навсякъде и във всички посоки.

Мегаструктури

И все пак Големият пръстен е една от нарастващия списък от неочаквано големи структури. Сред други те са Гигантската дъга, която се появява точно до Големия пръстен и също открита от Лопес през 2021 г. Космолозите изчисляват текущото теоретично ограничение на размера на структурите, че е 1.2 милиарда светлинни години, но Големият пръстен и Гигантската дъга, която обхваща около 3.3 милиарда светлинни години, нарушават тази граница.

Интересното е, че двете структури са на едно и също разстояние от Земята, близо до съзвездията на Воловар, което повишава възможността те да са част от свързана космологична система.

"Тези странности продължават да се замитат под килима, но колкото повече откриваме, ще трябва да се изправим лице в лице с факта, че може би стандартният ни модел се нуждае от преосмисляне", коментира Лопес. "Като минимум е непълен. Като максимум се нуждаем от напълно нова теорема на космологията."

Големият пръстен е открит при анализиране на данни от Sloan Digital Sky Survey (SDSS), каталог на далечни квазари. Тези обекти са толкова ярки, че могат да се видят от милиарди светлинни години и действат като гигантски, далечни фарове, осветяващи междинни галактики, през които светлината им преминава по пътя и които иначе биха останали невидими.

Лопес и колегите му използват няколко различни статистически алгоритъма, за да идентифицират потенциални широкомащабни структури и се появява Големият пръстен. Структурата изглежда като почти перфектен пръстен в небето, но по-нататъшен анализ разкрива, че има по-скоро форма на спирала, като тирбушон, който е подравнен с лице към Земята.

Големият пръстен е центриран близо до 0 по оста x, обхващайки приблизително -650 до +650 по оста x (еквивалентно на 1,3 милиарда светлинни години). Кредит: University of Central Lancashire

Възможни обяснения

Космолозите не са сигурни какъв механизъм би могъл да доведе до структурата.

"Нито една от тези две свръхголеми структури не е лесна за обяснение в настоящото ни разбиране за Вселената. И техните свръхголеми размери, отличителни форми и космологична близост със сигурност трябва да ни казват нещо важно – но какво точно?

"Една от възможностите е Големият пръстен да е свързан с барионни акустични трептения (BAO - Baryonic Acoustic Oscillations). BAO възникват от трептения в ранната вселена и днес трябва да изглеждат, поне статистически, като сферични обвивки в подредбата на галактиките. Въпреки това, подробният анализ на Големия пръстен разкри, че той наистина не е съвместим с обяснението на BAO: Големият пръстен е твърде голям и не е сферичен", обяснява Лопес.

Другите обяснения се отклоняват от това, което обикновено се счита за стандартно разбиране в космологията.

Една от възможностите може да е различна теория – Конформна циклична космология (CCC) – предложена от носителя на Нобелова награда сър Роджър Пенроуз. В тази теория, която не противоречи на Общата теория на относителността, а Вселената преминава през безкрайни цикли, където във всеки предишен цикъл времето в бъдещето клони към безкрайност, което се оказва сингулярността на Големия взрив за следващия. 

Пръстените във Вселената биха могли да бъдат сигнал за CCC.

Идеята на Пенроуз за конформна циклична космология предполага, че нашата Вселена е възникнала от предшестваща Вселена, която би оставила отпечатъци върху нашия космос днес. Кредит: SKYDIVEPHIL / YOUTUBE

Друго обяснение е съществуването на космически струни, хипотетични "дефекти" в тъканта на Вселената, които биха могли да накарат материята да се натрупва по широкомащабни разломи.

Бъдещето на космологичния пръстен

Големият пръстен оспорва космологичния принцип, както преди това направи Гигантската дъга. И ако Големият пръстен и Гигантската дъга заедно образуват още по-голяма структура, тогава предизвикателството към Космологичния принцип става още по-завладяващо.

Такива големи структури – а има и други открити от други космолози – предизвикват представата ни за това как изглежда един "среден" регион от космоса. Те надвишават ограничението на размера на това, което се смята за теоретично жизнеспособно, и представляват потенциални предизвикателства пред космологичния принцип.

"Това не изглежда просто случайно подреждане", смята д-р Джени Вагнер (Jenny Wagner), космолог в Bahamas Advanced Study Institute & Conferences.

Алексия Лопес коментира: "Космологичният принцип предполага, че частта от Вселената, която можем да видим, се разглежда като "представителна извадка“ от това, което очакваме да бъде останалата част от Вселената. Очакваме материята да бъде равномерно разпределена навсякъде в пространството, когато разглеждаме Вселената в голям мащаб, така че не трябва да има забележими особености над определен размер.

"Космолозите изчисляват текущата граница на теоретичния размер на структурите на 1,2 милиарда светлинни години, но и двете структури са много по-големи – Гигантската дъга е почти три пъти по-голяма, а обиколката на Големия пръстен е сравнима с дължината на Гигантската дъга.

"От настоящите космологични теории не смятахме, че са възможни структури от този мащаб. Можем да очакваме може би една изключително голяма структура в цялата ни наблюдавана вселена. И все пак Големият пръстен и Гигантската дъга са две огромни структури и дори са космологични съседи, което е изключително вълнуващо.

Възможно е Големият пръстен да се приспособи към космологичния принцип, в зависимост от това как са дефинирани неговите граници, но колкото повече се откриват такива извънредни, широкомащабни структури, толкова по-малко статистически правдоподобна става тази гледна точка, коментира Вагнер.  "Ето защо търсенето на допълнителни гигантски структури е толкова ценно", отбелязва тя. "Лично аз не бих се изненадала, ако трябва да се откажем от космологичния принцип след бъдещи открития."