摘要：天文学家在距离地球92亿光年的深空中发现了一个令人震惊的巨型结构——一个直径达13亿光年的环状星系集合体。这一发现连同此前发现的"巨型弧"结构，正在根本性地挑战我们对宇宙大尺度结构的理解，甚至可能颠覆现代宇宙学的基石理论。

信息来源：https://www.iflscience.com/giant-arc-structure-115th-the-size-of-the-observable-universe-challenges-what-we-know-about-the-cosmos-80924

天文学家在距离地球92亿光年的深空中发现了一个令人震惊的巨型结构——一个直径达13亿光年的环状星系集合体。这一发现连同此前发现的"巨型弧"结构，正在根本性地挑战我们对宇宙大尺度结构的理解，甚至可能颠覆现代宇宙学的基石理论。

这个被命名为"大环"的结构如此庞大，以至于如果用肉眼观察，需要15个满月的大小才能完全覆盖它。更令人困惑的是，根据目前最先进的宇宙学理论，如此规模的结构根本不应该存在。

违背宇宙均匀性的超级结构

天文学家在牧夫座中发现了巨大的弧线。 图片来源：Allexxandar/Shutterstock.com

兰开夏大学的天体物理学家亚历克西亚·洛佩兹在牧夫座方向发现了这个巨型环状结构，其周长约为40亿光年。令科学界更加困惑的是，这个"大环"与洛佩兹此前发现的"巨型弧"结构位于同一天空区域，两者仅相距12度，形成了一个前所未见的超大型宇宙结构群。

现代宇宙学建立在一个核心假设之上——宇宙学原理，即宇宙在大尺度上是均匀且各向同性的。简单来说，这意味着无论我们身处宇宙何处，向任何方向观察，宇宙都应该呈现相同的统计特性。这一原理是爱因斯坦广义相对论在宇宙学应用中的基础假设，也是标准宇宙学模型ΛCDM的理论支柱。

然而，洛佩兹发现的这些结构严重违反了这一原理。按照现有理论计算，宇宙中结构的理论尺寸上限约为12亿光年，而"巨型弧"的跨度达到33亿光年，几乎是理论极限的三倍。"大环"的规模同样超出了理论预期，其存在本身就是对现有宇宙模型的直接挑战。

大环和巨弧。 图片来源：UCLan/Stellarium

这些发现通过观测类星体的背光实现。当来自遥远类星体的光线穿过星系群时，其中的镁元素会吸收特定波长的光，从而在光谱中留下"指纹"。通过分析这些光谱特征，天文学家能够绘制出大尺度结构的三维分布图。

理论困境与可能解释

费米实验室的理论物理学家阿尔伯特·斯特宾斯早在2008年就警告过违反宇宙学原理的严重后果。他指出，哥白尼原理不仅是大多数天文学理论的基石，更是许多宇宙模型可行性检验的核心。如果宇宙确实存在特殊区域或方向，这将动摇整个现代宇宙学的理论基础。

目前，科学家们正在探索多种可能的解释。其中一个候选理论涉及重子声学振荡（BAO），这是早期宇宙中声波传播留下的"化石"印记。在宇宙诞生后的前38万年里，光子、质子和电子紧密耦合形成等离子体，声波在其中传播。当宇宙冷却到足以形成中性氢原子时，这种耦合突然中断，声波传播的痕迹被"冻结"在物质分布中。

在理论上，BAO应该表现为球壳状的统计特征，影响着今天星系的空间分布。然而，详细分析显示，"大环"的特征与BAO预期并不完全吻合——它太大了，而且形状更接近螺旋而非球形。

另一种可能性涉及宇宙弦理论或其他超越标准模型的物理机制。一些理论物理学家提出，早期宇宙中可能存在拓扑缺陷，类似于相变过程中形成的"晶界"。这些一维的能量密度异常区域可能在宇宙演化过程中充当"种子"，促进了超大尺度结构的形成。

宇宙学革命的前奏

这些发现的意义远超单纯的天文观测。如果得到进一步证实，它们可能预示着一场新的宇宙学革命。历史上，类似的观测异常曾多次推动物理学的重大突破。20世纪初，水星近日点的进动异常最终导致了广义相对论的建立；暗物质的发现源于星系旋转曲线的观测异常；暗能量的存在则来自于超新星观测显示的宇宙加速膨胀。

目前的发现可能暗示我们对宇宙大尺度物理过程的理解存在根本缺陷。一些理论家开始质疑均匀性假设本身是否过于简化。也许宇宙在某些特定尺度上确实表现出各向异性特征，这需要对现有理论框架进行重大修正。

国际天文学界正在加紧验证这些结构的存在性。多个独立观测项目已经启动，包括使用不同波段和不同技术的观测。欧洲南方天文台的大型望远镜、哈勃太空望远镜，以及即将投入使用的詹姆斯·韦布太空望远镜都将参与这项验证工作。

与此同时，理论物理学家们正在重新审视现有模型的假设基础。一些研究小组开始探索修改引力理论的可能性，而另一些则专注于寻找能够在现有框架内解释这些超大结构的机制。

这场正在进行的科学探索提醒我们，尽管人类在理解宇宙方面取得了巨大进步，但我们可能仍然只是触及了宇宙真相的表面。正如洛佩兹所说："这些结构肯定在告诉我们一些重要的信息，但究竟是什么，我们还不得而知。"

无论最终的解释如何，这些巨型结构的发现都标志着天文学进入了一个新的探索时代，一个可能重新定义我们对宇宙本质认识的时代。

来源：人工智能学家