Die Entdeckung einer zweiten ultragroßen Struktur im fernen Universum hat einige Grundannahmen der Kosmologie weiter in Frage gestellt.
Der Große Ring am Himmel ist 9,2 Milliarden Lichtjahre von der Erde entfernt. Es hat einen Durchmesser von etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren und einen Umfang von etwa 4 Milliarden Lichtjahren. Wenn wir nach draußen gehen und ihn direkt sehen könnten, würde der Durchmesser des Großen Rings etwa 15 Vollmonde benötigen, um ihn zu bedecken.
Es ist die zweite ultragroße Struktur, die von Ph.D. der University of Central Lancashire (UCLan) entdeckt wurde. Studentin Alexia Lopez, die vor zwei Jahren auch das entdeckte Riesiger Bogen am Himmel. Bemerkenswerterweise befinden sich der Große Ring und der Riesenbogen mit einem Durchmesser von 3,3 Milliarden Lichtjahren in derselben kosmologischen Nachbarschaft – sie werden in derselben Entfernung, zur gleichen kosmischen Zeit gesehen und sind am Himmel nur 12 Grad voneinander entfernt.
Alexia sagte: „Keine dieser beiden ultragroßen Strukturen ist in unserem derzeitigen Verständnis des Universums leicht zu erklären. Und ihre ultragroßen Größen, charakteristischen Formen und kosmologischen Nähe müssen uns sicherlich etwas Wichtiges sagen – aber was genau?
„Eine Möglichkeit besteht darin, dass der Große Ring mit baryonischen akustischen Oszillationen (BAOs) in Zusammenhang stehen könnte. BAOs entstehen aus Schwingungen im frühen Universum und sollten heute, zumindest statistisch, als Kugelschalen in der Anordnung von Galaxien erscheinen. Eine detaillierte Analyse von Der Große Ring ergab, dass er nicht wirklich mit der BAO-Erklärung vereinbar ist: Der Große Ring ist zu groß und nicht kugelförmig.
Möglicherweise sind andere Erklärungen erforderlich, Erklärungen, die von dem abweichen, was allgemein als Standardverständnis der Kosmologie gilt. Eine Möglichkeit könnte eine andere Theorie sein – die konforme zyklische Kosmologie (CCC), die vom Nobelpreisträger Sir Roger Penrose vorgeschlagen wurde. Ringe im Universum könnten möglicherweise ein Signal für CCC sein.
Eine andere Erklärung könnte die Wirkung passierender kosmischer Saiten sein. Kosmische Strings sind fadenförmige „topologische Defekte“ von großer Größe, die im frühen Universum entstanden sein könnten. Ein weiterer Nobelpreisträger, Jim Peebles, stellte kürzlich die Hypothese auf, dass kosmische Strings eine Rolle bei der Entstehung einiger anderer Besonderheiten in der großräumigen Verteilung von Galaxien spielen könnten.
Darüber hinaus stellt der Große Ring das Kosmologische Prinzip in Frage, ebenso wie zuvor der Riesenbogen. Und wenn der Große Ring und der Riesenbogen zusammen eine noch größere Struktur bilden, wird die Herausforderung des kosmologischen Prinzips noch zwingender.
Solche großen Strukturen – und es gibt noch andere, die von anderen Kosmologen gefunden wurden – stellen unsere Vorstellung davon, wie eine „durchschnittliche“ Region des Weltraums aussieht, in Frage. Sie überschreiten die Größengrenze dessen, was theoretisch als realisierbar gilt, und stellen potenzielle Herausforderungen für das kosmologische Prinzip dar.
Alexia sagte: „Das kosmologische Prinzip geht davon aus, dass der Teil des Universums, den wir sehen können, als ‚faires Beispiel‘ dessen angesehen wird, was wir vom Rest des Universums erwarten. Wir gehen davon aus, dass die Materie überall im Raum gleichmäßig verteilt ist, wenn wir.“ Betrachten Sie das Universum im großen Maßstab, sodass es ab einer bestimmten Größe keine erkennbaren Unregelmäßigkeiten mehr geben sollte.
„Kosmologen schätzen die aktuelle theoretische Größengrenze von Strukturen auf 1,2 Milliarden Lichtjahre, doch beide Strukturen sind viel größer – der Riesenbogen ist fast dreimal größer und der Umfang des Großen Rings ist vergleichbar mit der Länge des Riesenbogens.“
„Aufgrund aktueller kosmologischer Theorien hielten wir Strukturen dieser Größenordnung nicht für möglich. Wir könnten in unserem gesamten beobachtbaren Universum vielleicht eine überaus große Struktur erwarten. Dennoch sind der Große Ring und der Riesenbogen zwei riesige Strukturen und sogar kosmologische Nachbarn.“ Das ist außerordentlich faszinierend.“
Der Große Ring erscheint als fast perfekter Ring am Himmel, aber Alexias weitere Analyse zeigt, dass er eher eine Spiralform hat, wie ein Korkenzieher, der mit der Vorderseite zur Erde ausgerichtet ist. Der Riesenbogen, der etwa 1/15 des Radius des beobachtbaren Universums ausmacht, zeigt sich als riesige, nahezu symmetrische Sichel von Galaxien im fernen Universum. Es ist doppelt so groß wie die markante Sloan-Chinesische Mauer aus Galaxien und Haufen, die im relativ nahen Universum zu sehen ist.
„Der Große Ring und der Riesenbogen liegen in der gleichen Entfernung von uns, nahe dem Sternbild des Hirten Bootes, was bedeutet, dass sie zur gleichen kosmischen Zeit existierten, als das Universum erst halb so alt war wie heute“, kommentierte Alexia. „Sie befinden sich auch in derselben Himmelsregion, bei der Beobachtung des Nachthimmels sind sie nur 12 Grad voneinander entfernt.
„Die Identifizierung zweier außergewöhnlicher ultragroßer Strukturen in solch enger Anordnung lässt die Möglichkeit aufkommen, dass sie zusammen ein noch außergewöhnlicheres kosmologisches System bilden.“
„Diese Daten, die wir betrachten, sind so weit entfernt, dass es die halbe Lebenszeit des Universums gedauert hat, um zu uns zu gelangen, also aus einer Zeit, als das Universum etwa 1,8-mal kleiner war als jetzt. Der Große Ring und der Riesenbogen, sowohl einzeln als auch zusammen gibt uns ein großes kosmologisches Geheimnis, während wir daran arbeiten, das Universum und seine Entwicklung zu verstehen.“
Alexia entdeckte zusammen mit ihrem Berater Dr. Roger Clowes, beide vom Jeremiah Horrocks Institute der UCLan, und ihrem Mitarbeiter Gerard Williger von der University of Louisville, USA, die neue Struktur, indem sie Absorptionslinien in den Spektren von Quasaren aus dem Sloan Digital Sky Survey untersuchten ( SDSS).
Mit der gleichen Methode, die zur Entdeckung des Riesenbogens führte, beobachteten sie die dazwischenliegenden Magnesium-II-Absorptionssysteme (oder MgII – das bedeutet, dass das Atom ein Elektron verloren hat), die von Quasaren, entfernten, superleuchtenden Galaxien, hinterleuchtet werden. Diese sehr weit entfernten, sehr hellen Quasare wirken wie riesige Lampen, die ein Scheinwerferlicht durch entfernte, aber viel schwächere, dazwischenliegende Galaxien werfen, die sonst unsichtbar bleiben würden.
Alexia hat ihre Erkenntnisse zum Großen Ring auf der vorgestellt 243. Treffen der American Astronomical Society (AAS) am 10. Januar.