Согласно Стандартной модели космологии, ранняя Вселенная должна быть достаточно однородным местом. Однако в 2021 году астрономы обнаружили большую группировку галактик, образующих гигантскую дугу длиной 3,3 миллиарда световых лет. Теперь появилось ещё одно крупномасштабное образование  — огромное кольцо галактик, названное «Большое кольцо». Вместе гигантская дуга и Большое кольцо представляют собой вызов для Стандартной модели и могут отправить космологов на начальный этап.

«Большое кольцо и Гигантская дуга находятся на одинаковом расстоянии от нас, возле созвездия 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 образуют ещё более удивительную космологическую систему»,  — говорит Алексия Лопез, которая обнаружила оба образования вместе со своим научным руководителем Роджером Клоусом и коллегой Герардом Виллиджером.

Схема расположения «Гигантской Дуги» и «Большого Кольца». Источник: Stellarium

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

В частности, Лопез и её коллеги искали доказательства того, что тусклые галактики блокируют магниевый ион, Mg-II. «Мы обнаружили его в данных Sloan Digital Sky Survey, что дало позицию и расстояние от невидимых галактик. Это позволило построить карту галактик в трёх 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 5 сигмы»,  — говорит Лопез, объясняя астрономический уровень значимости, необходимый для подтверждения открытия.

Одно из возможных объяснений таких крупных структур называется Барионной акустической осцилляцией (БАО). Она предполагает, 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 объяснение 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 могут быть также объяснены другой моделью космологии, такой как конформная циклическая космология (conformal cyclic cosmology, 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.