Herkulese–Corona Borealis'i suur sein — universumi suurim superstruktuur
Herkulese–Corona Borealis'i suur sein — universumi suurim superstruktuur: ~10 miljardit valgusaastat pikk hiiglaslik galaktikate grupp, avastatud 2013, kosmoloogiline mõistatus.
Hercules-Corona Borealis'e suur müür on üks suurimaid ja vastuolulisemaid seni väidetud superstruktuure universumis. Esiteks tuli see avalikkuse ette 2013. aastal, kui Istvan Horváth ja kaasautorid analüüsisid gammakiirguse plahvatuste (GRB) jaotust taevas ning leidsid nendest grupi, mis viitas väga suurele ainekoondumisele ühes suunas.
Avastus ja meetod
Avastus põhines aastate 1997–2012 jooksul kogutud GRB-de andmestikul, mille kogusid satelliidid Swift ja Fermi. GRB-d on väga eredad ja lühiajaliselt kiirgavad sündmused, mis tekivad tavaliselt massiivsete tähtede surma või kahe kompakta objekti kokkupõrke tagajärjel. Üks GRB võib ühe väga lühikese hetke jooksul vabastada rohkem energiat kui Päike kogu oma eluea jooksul.
Horváthi töös märgiti, et 14 GRB-d paiknesid sarnaste punanihkete (redshift) väärtuste juures ja taevas üksteisele suhteliselt lähedal. Need GRB-d paiknesid projektsioonis Heraklese ja Corona Borealis suunas, mistõttu kasutati nimetust Hercules–Corona Borealis Great Wall (HCBGW). Nende plahvatuste punanihked olid ligikaudu z ≈ 1,6–2,1, mis vastab sellele, et me näeme neid sündmusi umbes 10 miljardi aasta tagusest ajast (valguse ajaline kulg Maa suunas ~10 miljardit aastat).
Mõõtmed ja võrdlus
Horváth ja kolleegid hindasid struktuuri suuruseks umbes 10 miljardit valgusaastat pikkust, umbes 7,2 miljardit valgusaastat laiust ja ligikaudu 1 miljardit valgusaastat paksust. Kui võrdluseks tuua: Linnutee on umbes 100 000 valgusaasta läbimõõduga ja Andromeeda galaktika meieni on kõigest paar miljonit valgusaastat. Eelnevalt mainitud Huge-LQG (Huge Large Quasar Group) on ligikaudu 4 miljardi valgusaasta pikkune — seega oleks HCBGW pakutava suuruse poolest märksa suurem.
Miks see on oluline ja miks tekib vaidlus
Kosmoloogiline printsiip ütleb, et suurel skaalal (tüüpiliselt hinnanguliselt paarisajast miljonist kuni umbes ühe miljardi valgusaastani ja rohkem) peaks universum olema ligikaudu homogeensed ja isotroopsed — ehk eri suundades vaadatuna sarnased. Kui tõesti eksisteerib struktuur suurusjärgus 10 miljardit valgusaastat, siis see näib olevat oluliselt suurem kui see, mida traditsioonilised kosmoloogiamudelid lubavad, ning seega tekib küsimus, kas kosmoloogiline printsiip või meie arusaam struktuuri tekkest vajab täpsustamist.
Lisaks on probleemiks ka see, et HCBGW asub ~10 miljardi valgusaasta kaugusel, s.t. me näeme seda sellisena, nagu see oli 10 miljardit aastat tagasi, kui universum oli alles üle 3 miljardi aasta vanune. Standardmudelid ja struktuuride kasvuteooriad ei pruugi kergesti seletada, kuidas sellise hiiglasliku moodustiseni jõuti nii lühikese kosmilise aja jooksul — see on üks peamistest põhjustest, miks leid tekitas palju tähelepanu.
Kahtlused ja alternatiivsed seletused
- Statistiline tähtsus ja valim: GRB-de loend oli suhteliselt väike (14 GRB-d selles punanihkevahemikus) ja juhuslik klasterdumise tõenäosus tuleb hoolikalt hinnata. Mõned hilisemad analüüsid on osutanud, et väikese proovi ja valimi piirangud võivad liigselt suurendada näivaid mustreid.
- Teleskoopide jaatmete ning vaatluse ebaühtlus: satelliitide katvus, taevaosade erinev vaatlusaeg ja punanihke mõõtmise keerukus võivad anda mittereaalseid anomaaliaid või tugevdada juhuslikku korrelatsiooni.
- Projektsiooniefektid: GRB-de asukoht taevas on ainult kahekoordinaatiline projektsioon; tõeline kolmemõõtmeline klaster võib osutuda vähem selgeks, kui sisse arvestada täpsemad kaugused ja komoving‑mõõtmed.
Järgnevad uuringud ja praegune seis
Pärast avaldust on mitmed uurijad kas vaidlustanud HCBGW statistilise olulisuse või toonud välja võimalikud valimi- ja vaatluselementidest tingitud erindused. Mõned uuringud leidsid toetust anomaalia olemasolule, teised mitte — kokkuvõttes ei ole asjast tänaseni lõplikku konsensust. Oluline on, et kindlasti vajatakse suuremaid ja paremini iseloomustatud andmekogumeid (rohkem GRB-de punanihete mõõtmisi, ulatuslikud galaktikate ja kvasaarrühmade vaatlused), et kinnitada või ümber lükata nii massiivse struktuuri olemasolu.
Suured galaktilised ja kvasaariuuringud (nt tulevased või käimasolevad missioonid ja projektid) ning täiendavad GRB-vaatlused aitavad olukorda selgitada. Kui HCBGW kinnituse saaks, tähendaks see kas uusi teadmisi ainematerjali jaotuse ja struktuuri tekkemehhanismide kohta varases universumis või vajadust kohandada kosmoloogilisi eeldusi.
Kokkuvõte: Hercules–Corona Borealis'e suur müür on huvitav ja provokatiivne leid, mis tõstatas küsimusi universumi suurte struktuuride maksimaalse suuruse ja kosmoloogilise printsiibi kohta. Samas on avastuse tõlgendamine keeruline: väikese valimi suurus, võimalikud vaatlus- ja valimisefektid ning statistiline ebaselgus tähendavad, et lõplik lõpp järelduse kohta on endiselt avatud ning vajab täiendavaid vaatlusi ja analüüse.
Massiivne galaktikakogum nimega MACS J0717.5+3745, mis võib olla sarnane Hercules-Corona Borealis'e suurele seinale.
Küsimused ja vastused
K: Mis on Herkules-Corona Borealis suur müür?
V: Hercules-Corona Borealis'e suurmüür on suurim teadaolev superstruktuur universumis. See on hiiglaslik galaktikate rühm, mis moodustab hiiglasliku lehe kujulise mustri, mis on umbes 10 miljardit valgusaastat pikk, 7,2 miljardit valgusaastat lai ja peaaegu 1 miljard valgusaastat paks.
K: Kuidas see avastati?
V: Hercules-Corona Borealis'e suurvall avastati 2013. aasta novembris gammakiirguse plahvatuste kaardistamise teel. Need on kaugete massiivsete tähtede väga heledad plahvatused, mis eraldavad vähem kui kümnendik sekundiga rohkem energiat kui Päike kogu oma 10 miljardi aasta pikkuse elu jooksul. Gammakiirguse pursked on väga haruldased, kuid nende abil saab kindlaks teha, kas selles suunas on galaktika või suur ainegrupp. Astronoomid kaardistasid neid purskeid aastatel 1997-2012 robot-satelliitide Swift ja Fermi abil ja märkasid midagi huvitavat: 14 gammakiirguse purskeid olid väga sarnaste punanihetega ja asusid lähestikku, mis viitab sellele, et selles piirkonnas oli suur galaktikate ja aine rühm.
K: Kuidas on see struktuur võrreldav teiste struktuuridega?
V: Huge Large Quasar Group (eelmine suurim struktuur) on 4 miljardit valgusaastat pikk, samas kui Linnutee on vaid 200 000 valgusaastat pikk ja Linnutee ja Andromeeda galaktika vaheline kaugus on vaid 2,5 miljonit valgusaastat. Selle struktuuri pikkus on aga 10 miljardit valgusaastat, mis teeb selle 8 korda suuremaks kui kõik teised teadaolevad struktuurid.
Küsimus: Millise teooriaga on see vastuolus?
V: See avastus on vastuolus Albert Einsteini kosmoloogilise põhimõttega, mis ütleb, et kaks piirkonda universumis näevad välja sarnased, isegi kui nad on üksteisest kaugel, kui nende piirkondade suurus on suurem kui 250 kuni 300 miljonit valgusaastat - struktuuride maksimaalne suurus peab selle tähenduse põhjal olema umbes 1,2 miljardit valgusaastat - kuid see struktuur ületab selle piiri, olles 8 korda suurem kui oodatud, mis on vastuolus Einsteini teooriaga .
K: Miks on selle olemasolu endiselt mõistatus?
V: Selle olemasolu jääb salapäraseks, sest see tekkis 3,8 miljardi aasta jooksul, kuna selle moodustumine oleks võtnud kauem aega, arvestades selle suurust - 10 miljardit valgusaastat - võrreldes universumi algusega 13,8 miljardit aastat tagasi, kui selle valgus hakkas meile alles lähenema .
K: Milline idee viitab sellele, et Suur Pauk võib osutuda valeks selle uskumatu kosmilise struktuuri tõttu?
V: Mõned arvavad, et Suur Pauk võib osutuda valeks selle uskumatu kosmilise struktuuri tõttu, sest see tekkis 3,8 miljardi aasta jooksul, kuna selle moodustumine oleks võtnud kauem aega, arvestades selle suurust, võrreldes sellega, kui Universum algas 13,8 miljardit aastat tagasi, kui selle tuled alles hakkasid meile lähenema.
Otsige