حلقه بزرگ کیهانی، نباید وجود داشته باشد
این ساختارهای غول آسا مدل کیهان‌شناسی ما را زیر سؤال می‌برند.
یک ساختار کهکشانی عظیم در کیهان دوردست، با درک فعلی ما از چگونگی تحول کیهان در تضاد است. ممکن است این ساختار نشانه‌ای از وجود کیهانی پیش از کیهان ما باشد و یا از نوعی نقص توپولوژیکی در ساختار فضا-زمان ناشی شده باشد.
ستاره‌شناسان بر اساس نوری که ۶.۹ میلیارد سال نوری برای رسیدن به ما سفر کرده است، یک حلقه غول پیکر و تقریباً بی‌نقص از کهکشان‌ها را یافته‌اند که قطری در حدود ۱.۳ میلیارد سال نوری دارد. این ساختار تازه کشف شده، با هیچ الگوی تشکیل ساختار یا سازوکار شناخته شده‌ای تطابق ندارد.
این ساختار که حلقه بزرگ (Big Ring)، نامگذاری شده است، می‌تواند به این معنی باشد که ما باید مدل استاندارد کیهان‌شناسی را اصلاح کنیم. این کشف به رهبری الکسیا لوپز ستاره‌شناسی از دانشگاه مرکزی لنکشایر، در ۲۴۳ نشست انجمن نجوم آمریکا ارائه شد.
این دومین ساختار غول پیکری است که توسط لوپز و همکارانش کشف شده است. اولین مورد که کمان غول پیکر (Giant Arc) نام دارد، در واقع در همان ناحیه از آسمان و در همان فاصله‌ای قرار دارد که حلقه بزرگ در آن‌جا کشف شده است. زمانی که کشف این کمان در سال ۲۰۲۱ اعلام شد، اخترشناسان را متحیر کرد. و کشف حلقه بزرگ نیز تنها باعث پیچیده‌تر شدن معما شده است.
به گفته لوپز:
هیچ‌یک از این دو ساختار فوق‌العاده عظیم با درک کنونی ما از کیهان به راحتی قابل توضیح نیستند. و ابعاد فوق‌العاده بزرگ، شکل‌های متمایز و نزدیکی کیهان‌شناختی این دو ساختار، مطمئناً چیز مهمی را به ما می‌گوید. اما دقیقاً چه چیزی را؟
به نظر می‌رسد که سریع‌ترین چیزی که می‌توان این ساختارها را به آن پیوند زد، پدیده‌ای به نام نوسانات آکوستیکی باریون (BAO) باشد. این نوسانات، آرایش دایره‌ای غول‌پیکری از کهکشان‌ها هستند که در سرتاسر فضا یافت می‌شوند. آن‌ها در اصل به صورت کره‌هایی هستند، که در حقیقت فسیل‌های باقی‌مانده‌ی امواج صوتی (آکوستیک) هستند که در کیهان اولیه منتشر می‌شدند، و پس از آن که فضا رقیق شد، این امواج صوتی دیگر نمی‌توانستند حرکت کنند، و منجمد شدند.
اما، حلقه بزرگ یک BAO نیست. BAOها همگی اندازه ثابتی با قطر حدود ۱ میلیارد سال نوری دارند. اما واکاوی دقیق حلقه بزرگ نشان می‌دهد که شکل بیشتر شبیه به یک چوب پنبه بطری بازکن است که نسبت به خط دید ما طوری قرار گرفته شبیه یک حلقه به نظر می‌رسد.
با کشف این ساختار سوالات بی پاسخ بوجود آمده است: این ساختار چه چیزی است؟ و برای اصل کیهان‌شناختی، که طبق آن در هر جهتی که در فضا نگاه کنیم، هر تکه از فضا باید تقریباً شبیه تکه‌های دیگر فضا در راستاهای دیگر باشد، چه پیامدهایی دارد؟
لوپز این‌طور توضیح می‌دهد که:
ما انتظار داریم وقتی به جهان در مقیاس بزرگ نگاه می‌کنیم، ماده در همه جای فضا به طور یکنواخت توزیع شده باشد، بنابراین نباید بی‌نظمی قابل توجهی بالاتر از یک اندازه خاص در فضا وجود داشته باشد.
وی می‌افزاید:
کیهان‌شناسان حد تئوریک بیشینه اندازه ساختارها را ۱.۲ میلیارد سال نوری محاسبه می‌کنند، با این‌حال هر دوی این ساختارها بسیار بزرگتر از این مقیاس هستند. کمان عظیم تقریباً سه برابر بزرگتر از حلقه بزرگ است و محیط حلقه بزرگ نیز با طول کمان عظیم قابل مقایسه است.
اما اندازه فقط یکی از مشکلات این ساختارها است. یکی از مسائل دیگر درباره این ساختارها این است که از نظر کیهان‌شناسی یعنی مطالعه تحول کیهان به چه معناست. مدل فعلی کیهان‌شناسی، مدلی است که در حال حاضر با نتایج رصدهای مختلف، بهترین تطابق را دارد، اما برخی مشاهدات وجود دارد که توضیح آن‌ها در چارچوب این مدل چالش برانگیز است.
مدل‌های دیگری نیز برای رفع این چالش‌ها ارائه شده‌اند. در یکی از این مدل‌ها، که «کیهان‌شناسی چرخه‌ای همدیس» نام دارد و توسط راجر پنروز برنده جایزه نوبل مطرح گردیده است، و طبق آن جهان چرخه‌های تکرار شونده از انبساط بی‌پایان بیگ‌بنگ را تجربه می‌کند، وجود چنین ساختارهای حلقه‌ای انتظار می‌رود، البته شایان ذکر است که مدل کیهان‌شناسی چرخه‌ای همدیس دچار مشکلات قابل توجهی است و محل بحث و مجادله است.
یک احتمال دیگر برای توجیه وجود این ساختارها، این است که این ساختارها نوعی نقص توپولوژیکی در تار و پود فضا-زمان هستند که به ریسمان‌های کیهانی (Cosmic String) مشهور هستند. فرض این است که این ریسمان‌های کیهانی در کیهان اولیه شبیه به چین و چروک‌هایی در اندازه یک پروتون بوده‌اند، و با انبساط فضا-زمان بزرگ شده و در جای خود منجمد شدند. ما تا کنون شواهد فیزیکی زیادی مبنی بر وجود رشته‌های کیهانی پیدا نکرده‌ایم، اما شواهد نظری بسیار امیدوارکننده است.
در حال حاضر، هیچ‌کس به طور قطع نمی‌داند که حلقه بزرگ و کمان عظیم چه هستند. ممکن است آن‌ها صرفا آرایش تصادفی از کهکشان‌ها باشند که در آسمان پرسه می‌زنند، اگرچه این احتمال بسیار اندک به نظر می‌رسد. امید بر این است که تعداد بیشتری از این نوع آرایش‌های کهکشان‌ها که در سراسر کیهان پراکنده شده‌اند اما از دید ما پنهان شده‌اند را بیابیم.
به گفته لوپز:
بر اساس نظریه‌های فعلی کیهان‌شناسی، ما اصلا فکر نمی‌کردیم که چنین ساختارهایی در این مقیاس امکان‌پذیر باشند. ما می‌توانستیم انتظار داشته باشیم که یک ساختار فوق‌العاده بزرگ در تمام جهان قابل مشاهده خود داشته باشیم. اما، حلقه بزرگ و کمان عظیم دو ساختار غول‌پیکر هستند و حتی از نظر کیهانی، همسایه هستند که این ویژگی نیز فوق‌العاده جالب است.
در صورتی که ساختارهای عظیم مشابه دیگری نیز کشف شوند، آن‌وقت به نظر می‌رسد که نیاز است مدل استاندارد کیهان‌شناسی را مورد بازبینی جدی قرار دهیم.
گزارش این تحقیق در ۲۴۳ امین نشست انجمن نجوم آمریکا ارائه شد.
