Veliki zid Herkules–Corona Borealis: največja superstruktura v vesolju
Veliki zid Herkules–Corona Borealis je ena izmed največjih (če ne največja) znanih superstruktur v vesolju, odkrita z analizo izbruhov žarkov gama. Gre za ogromno koncentracijo galaksij in goste snovi, razporejene v podolgovato obliko, ki sega na velikih kosmoloških razdaljah.
Odkritje in metoda
Strukturo so odkrili novembra 2013 z analizami kartiranja izbruhov žarkov gama, ki so jih v obdobju 1997–2012 zbirali robotski sateliti Swift in Fermi. Ti sateliti zaznavajo izbruhe žarkov gama (GRB), zelo močne in kratkotrajne eksplozije, ki se pojavijo pri smrti masivnih zvezd. Ker so izbruhi ekstremno svetli, so vidni na velikih razdaljah in imajo merljive rdeče premike; tako lahko služijo kot sledilci goste materije ali velikih skupin galaksij v daljavi.
Pri kartiranju so raziskovalci opazili skupino 14 izbruhov gama, ki imajo zelo podobne rdeče premike in se na nebu združujejo v istem delu. Na podlagi teh meritev so ocenili, da struktura obsega približno 10 milijard svetlobnih let v dolžino, približno 7,2 milijarde svetlobnih let v širino in skoraj milijardo svetlobnih let v debelino. Ker je oddaljena okoli 10 milijard svetlobnih let v smeri ozvezdij Herkula in Corona Borealis, je dobila ime Veliki zid Herkules–Corona Borealis.
Lastnosti in primerjave
- Velikost: Dolžina ~10 milijard svetlobnih let, širina ~7,2 milijarde, debelina ~1 milijarda svetlobnih let (ocene iz študije, temeljijo na porazdelitvi 14 GRB).
- Oddaljenost: Približno 10 milijard svetlobnih let — to pomeni, da jo vidimo takšno, kot je bila pred približno 10 milijardami let, ko je bilo vesolje veliko mlajše (starost vesolja danes ~13,8 milijarde let).
- Za primerjavo: Naša galaksija Mlečna cesta meri le okoli 100.000 svetlobnih let, razdalja do Andromede je približno 2,5 milijona svetlobnih let. Prej ena največjih prijavljenih struktur, ogromna skupina kvazarjev (Huge-LQG), meri okoli 4 milijarde svetlobnih let.
Pomen za kozmologijo in problematične posledice
Odkritje predstavlja izziv za nekatere osnovne predpostavke sodobne kozmologije. Po kozmološkem načelu — ki izhaja iz splošne teorije relativnosti in predpostavlja, da je vesolje na velikih lestvicah homogeno in izotropno — se pričakuje, da se gostota snovi izenači nad razdaljami približno 250–300 milijonov svetlobnih let. Na tej podlagi naj bi bile največje možne nakopičenosti snovi reda velikosti nekaj sto milijonov do ~1,2 milijarde svetlobnih let. Veliki zid Herkules–Corona Borealis je ocenjen nekajkrat (v opisu tudi osemkrat) več od teh mej, kar bi, če se potrdi, nasprotovalo pričakovanjem homogenerazporeditve snovi v standardnem modelu kozmologije.
Poleg tega časovna komponenta predstavlja težavo: strukturo vidimo takšno, kot je bila pred približno 10 milijardami let, torej v relativno zgodnji fazi razvoja vesolja. Po standardnih modelih strukturiranje snovi do tako masivnih in razširjenih oblik običajno zahteva več časa, zato je nastanek tako obsežne strukture v tem relativno kratkem času težko razložljiv z enostavnimi mehanizmi rasti struktur.
Možne razlage in omejitve dokazov
Treba je poudariti, da je ugotovitev izpeljana iz razporeditve le 14 izbruhov gama, kar pomeni, da so statistični rezultati občutljivi na majhno število dogodkov in morebitne pristranosti v vzorcu. Nekateri možni razlogi, ki bi lahko ublažili domnevno protislovje s kozmološkim načelom, vključujejo:
- statistični izmik zaradi malega števila opazovanj (majhna statistika lahko vodi do navideznih nakopičenj);
- izbira vira (GRB so redki, močno usmerjeni/»beamed«, in povezujejo se s specifičnimi vrstami zvezd — to pomeni, da GRB niso popoln in enakomeren tracer galaksijske snovi);
- projekcijski učinki in selekcijski učinki pri opazovanju in določanju rdečih premikov;
- možnosti, da gre za del večje, kompleksne mreže (cosmic web) ali za naključje v znotraj velike statističke variacije (cosmic variance).
Del znanstvene skupnosti je zato do rezultata previden: nekatera kasnejša raziskovanja in ponovne analize so opozorila na omejitve podatkov in statistične metodologije ter na potrebo po neodvisnih potrdilnih opazovanjih, preden bi se lahko trdno spremenile temeljne kozmološke predpostavke.
Prihodnje opazovanja in kaj lahko pričakujemo
Za potrditev obsega in narave Velikega zidu so potrebni dodatni podatki iz večjih in temeljitejših pregledov neba, ki bodo bolje kartirali porazdelitev galaksij in kvazarjev na teh velikih razdaljah. Pričakujejo se prispevki prihodnjih in tekočih projektov v optičnem, infrardečem in rentgenskem delu spektra ter več podatkov o GRB iz Fermi, Swift in drugih instrumentov. Če se struktura potrdi z neodvisnimi metodami (npr. z veliko bazo spektroskopskih rdečih premikov galaksij), bo to imelo pomembne posledice za naše razumevanje zgodnjega vesolja in nastanka velikih struktur.
Zaključek
Veliki zid Herkules–Corona Borealis je fascinantno in potencialno prelomno odkritje, vendar je njegova interpretacija še odprta. Čeprav trenutne ocene kažejo izjemno velikansko strukturo, so rezultati omejeni z majhnim številom izbruhov gama in možnimi selekcijskimi napakami. Za trdnejše sklepe je potrebnih več opazovanj in neodvisnih potrditev. Za zdaj ostaja ta superstruktura za kozmologe privlačna skrivnost in izziv za nadaljnje raziskave.
Opomba: Istvan Horváth je med raziskovalci, ki so sodelovali pri odkritju in pri razlagah teh rezultatov. Raziskava je sprožila široko strokovno razpravo o mejah homogene razporeditve snovi v vesolju.
Masivna kopica galaksij MACS J0717.5+3745, ki je morda podobna Velikemu zidu Herkul-Corona Borealis.
Vprašanja in odgovori
V: Kaj je Veliki zid Herkules-Corona Borealis?
O: Veliki zid Herkules-Corona Borealis je največja znana nadgradnja v vesolju. Gre za ogromno skupino galaksij, ki tvorijo velikanski vzorec v obliki lista, ki je dolg približno 10 milijard svetlobnih let, širok 7,2 milijarde svetlobnih let in debel skoraj 1 milijardo svetlobnih let.
V: Kako so jo odkrili?
O: Veliki zid Hercules-Corona Borealis je bil odkrit novembra 2013 s kartiranjem izbruhov žarkov gama. To so zelo svetleče eksplozije oddaljenih masivnih zvezd, ki v manj kot desetini sekunde sprostijo več energije, kot je Sonce v svojem celotnem življenju, ki traja 10 milijard let. Izbruhi žarkov gama so zelo redki, vendar lahko z njimi izsledimo, ali se v tej smeri nahaja galaksija ali večja skupina snovi. Astronomi so te izbruhe med letoma 1997 in 2012 kartirali z robotskima satelitoma Swift in Fermi in opazili nekaj zanimivega; 14 izbruhov žarkov gama je imelo zelo podoben rdeči premik in so bili blizu skupaj, kar kaže na to, da je na tem območju velika skupina galaksij in snovi.
V: Kako je ta struktura primerljiva z drugimi strukturami?
O: Ogromno velika skupina kvazarjev (prejšnja največja struktura) je dolga 4 milijarde svetlobnih let, medtem ko Mlinska cesta meri le 200.000 svetlobnih let, razdalja od Mlinske ceste do galaksije Andromeda pa je le 2,5 milijona svetlobnih let. Ta struktura pa je dolga 10 milijard svetlobnih let, kar pomeni, da je osemkrat večja od katere koli druge znane strukture.
V: Kateri teoriji to nasprotuje?
O: To odkritje je v nasprotju s kozmološkim načelom Alberta Einsteina, ki pravi, da si bosta dve območji v vesolju podobni, tudi če sta daleč narazen, če bosta ti območji večji od 250 do 300 milijonov svetlobnih let - največja velikost struktur mora biti na podlagi tega pomena približno 1,2 milijarde svetlobnih let - vendar ta struktura presega to mejo, saj je 8-krat večja od pričakovanj, kar je v nasprotju z Einsteinovo teorijo.
V: Zakaj njen obstoj še vedno ostaja skrivnost?
O: Njen obstoj ostaja skrivnosten, ker je nastala v obdobju 3,8 milijarde let, saj bi njen nastanek glede na njeno velikost - 10 milijard svetlobnih let - trajal dlje v primerjavi z začetkom vesolja pred 13,8 milijarde let, ko so se nam njene luči šele začele bližati.
V: Katera zamisel kaže, da bi se zaradi te neverjetne vesoljske strukture lahko izkazalo, da je veliki pok napačen?
O: Nekateri predlagajo, da bi lahko bil veliki pok zaradi te neverjetne kozmične strukture lažen, ker je nastal v razponu 3,8 milijarde let, saj bi njegov nastanek trajal dlje glede na njegovo velikost v primerjavi z začetkom vesolja pred 13,8 milijarde let, ko so se nam njegove luči šele začele približevati.
