大环是一个直径为13亿光年的巨大结构，距离地球92亿光年，它的发现挑战了现有的宇宙学理论。与先前发现的巨弧一起，这些位于同一宇宙邻域的结构与宇宙学原理相抗衡。
宇宙学大谜团
在遥远的太空中发现第二个超大型结构进一步挑战了我们对宇宙的理解。
在遥远的宇宙中发现第二个超大结构，进一步挑战了关于宇宙学的一些基本假设。
天空中的大环距离地球92亿光年。它的直径约为13亿光年，周长约为40亿光年。如果我们能走到外面直接看到它，大环的直径将需要大约15个满月才能覆盖它。
这是中央兰开夏大学（UCLan）博士生亚历克西娅·洛佩兹（Alexia Lopez）发现的第二个超大型结构，两年前，她还发现了天空中的巨弧。值得注意的是，大环和巨弧直径为33亿光年，它们位于同一个宇宙学邻域——它们在相同的距离、相同的宇宙时间被看到，在天空中只有12度的距离。
“在我们目前对宇宙的理解中，这两种超大型结构都不容易解释。
— 加州大学洛杉矶分校博士生 Alexia Lopez
亚历克西娅说：“在我们目前对宇宙的理解中，这两种超大型结构都不容易解释。它们的超大尺寸、独特的形状和宇宙学上的接近性肯定告诉我们一些重要的事情——但究竟是什么？
“一种可能性是，大环可能与重子声振荡（BAO）有关。BAO起源于早期宇宙的振荡，至少在统计学上，今天应该以星系排列中的球壳的形式出现。然而，对大环的详细分析表明，它与BAO的解释并不相符：大环太大，不是球形的。
大环（蓝色）和巨弧（红色）在天空中的样子的艺术印象。背景图片来源：Stellarium。
可能需要其他解释，这些解释偏离了通常被认为是宇宙学的标准理解。一种可能性可能是由诺贝尔奖获得者罗杰·彭罗斯爵士提出的另一种理论——共形循环宇宙学（CCC）。可以想象，宇宙中的环可能是CCC的信号。
“我们可以期待在我们所有可观测的宇宙中可能有一个非常大的结构。然而，大环和巨弧是两个巨大的结构，甚至是宇宙学上的邻居，这非常令人着迷。
— 加州大学洛杉矶分校博士生 Alexia Lopez
另一种解释可能是宇宙弦穿过的影响。宇宙弦是大尺寸的丝状“拓扑缺陷”，可能是在早期宇宙中产生的。另一位诺贝尔奖获得者吉姆·皮布尔斯（Jim Peebles）最近假设，宇宙弦可能在星系大规模分布中其他一些特性的起源中发挥作用。
此外，大环挑战了宇宙学原理，就像之前的巨弧一样。如果大环和巨弧共同形成一个更大的结构，那么对宇宙学原理的挑战就变得更加引人注目。
大环在x轴上的中心接近0，在x轴上大约跨越-650到+650（相当于13亿光年）。
如此大的结构——以及其他宇宙学家发现的其他结构——挑战了我们对“平均”空间区域的看法。它们超出了理论上可行的大小限制，并且对宇宙学原理构成了潜在的挑战。
亚历克西娅说：“宇宙学原理假设我们能看到的宇宙部分被视为我们期望宇宙其余部分的’公平样本’。当我们大尺度观察宇宙时，我们期望物质在空间中的各个角落均匀分布，因此在一定尺寸以上应该没有明显的不规则性。
“宇宙学家计算出目前结构的理论尺寸极限为12亿光年，但这两种结构都要大得多——巨弧几乎是巨弧的三倍，大环的周长与巨弧的长度相当。
“从目前的宇宙学理论来看，我们认为这种规模的结构是不可能的。我们可以期待在我们所有可观测的宇宙中可能有一个非常大的结构。然而，大环和巨弧是两个巨大的结构，甚至是宇宙学上的邻居，这非常令人着迷。
“我们正在研究的这些数据是如此遥远，以至于它花了宇宙一半的生命才能到达我们身边，所以从宇宙比现在小1.8倍的时候开始。
— 加州大学洛杉矶分校博士生 Alexia Lopez
大环在天空中看起来是一个近乎完美的环，但亚历克西娅的进一步分析表明，它更像是一个线圈形状，就像一个软木螺丝，与地球正面对齐。巨弧大约是可观测宇宙半径的1/15，在遥远的宇宙中表现为一个巨大的、几乎对称的新月形星系。它的大小是相对邻近的宇宙中引人注目的斯隆长城的两倍。
“大环和巨弧与我们之间的距离相同，靠近牧民布特斯星座，这意味着它们存在于同一个宇宙时间，当时宇宙只有现在年龄的一半，”Alexia评论道。“它们也在同一片天空中，在观察夜空时仅相距12度。
“在如此紧密的配置中识别出两个非凡的超大型结构，增加了它们共同形成一个更加非凡的宇宙学系统的可能性。
“我们看到的这些数据是如此遥远，以至于它花了宇宙一半的生命才到达我们身边，所以从宇宙比现在小1.8倍的时候开始。大环和巨弧，无论是单独还是一起，在我们努力了解宇宙及其发展时，都为我们提供了一个巨大的宇宙学奥秘。
Alexia与来自UCLan的Jeremiah Horrocks研究所的顾问Roger Clowes博士以及来自美国路易斯维尔大学的合作者Gerard Williger一起，通过观察斯隆数字巡天（SDSS）类星体光谱中的吸收线发现了这种新结构。
使用导致发现巨弧的相同方法，他们观察到由类星体背光的Magnesium-II（或MgII，这意味着原子失去了电子）吸收系统，类星体是遥远的超亮星系。这些非常遥远、非常明亮的类星体就像一盏巨大的灯，将聚光灯照耀在遥远但更暗淡的干预星系中，否则这些星系将不被看到。
Alexia在1月10日美国天文学会（AAS）第243次会议上介绍了她对大环的发现。AAS邀请具有潜在突破性发现的研究人员与全球天文学界分享他们的工作。
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