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.