天文學(xué)家最近在距離地球92億光年的深空中，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)能顛覆人類宇宙認(rèn)知的大家伙，一個(gè)直徑13億光年的環(huán)狀星系集合體，他們給它起名叫“大環(huán)”。

更讓人驚訝的是，這個(gè)“大環(huán)”和之前發(fā)現(xiàn)的“巨型弧”結(jié)構(gòu)離得特別近，就像在宇宙里湊成了個(gè)前所未見的超大型結(jié)構(gòu)群。

一、宇宙里的“超級大圓環(huán)”，為啥讓科學(xué)家犯了難？

發(fā)現(xiàn)這個(gè)“大環(huán)”的是蘭開夏大學(xué)的天體物理學(xué)家亞歷克西亞?洛佩茲，她在牧夫座方向觀測到了這個(gè)壯觀的結(jié)構(gòu)。

光看尺寸就能嚇一跳，這個(gè)“大環(huán)”周長約40億光年，如果用肉眼看，得15個(gè)滿月拼在一起才能把它完全蓋住。

而且它還不是孤軍奮戰(zhàn)，洛佩茲之前發(fā)現(xiàn)的“巨型弧”就在它旁邊，兩者只相距12度，在同一個(gè)天空區(qū)域里“結(jié)伴出現(xiàn)”。

本來咱們對宇宙的認(rèn)知是建立在“宇宙學(xué)原理”上的，簡單說就是宇宙在大尺度上是均勻的，不管從哪個(gè)角度看、在哪個(gè)位置看，統(tǒng)計(jì)特性都差不多。

這個(gè)原理可是現(xiàn)代宇宙學(xué)的“頂梁柱”，愛因斯坦廣義相對論用到宇宙學(xué)上、標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型ΛCDM的建立，都離不開它。

但“大環(huán)”和“巨型弧”的出現(xiàn)，直接給這個(gè)“頂梁柱”來了一擊。

按照現(xiàn)有理論算，宇宙里結(jié)構(gòu)的最大尺寸不該超過12億光年，可“巨型弧”跨度有33億光年，幾乎是理論極限的三倍，“大環(huán)”也遠(yuǎn)超預(yù)期。

費(fèi)米實(shí)驗(yàn)室的理論物理學(xué)家阿爾伯特?斯特賓斯早在2008年就說過，要是違反了宇宙學(xué)原理，好多天文學(xué)理論都得重新琢磨，現(xiàn)在看來，他這話還真不是杞人憂天。

天文學(xué)家是怎么發(fā)現(xiàn)這些大家伙的呢？他們靠的是觀測類星體的背光。

當(dāng)遙遠(yuǎn)類星體的光穿過星系群時(shí)，里面的鎂元素會(huì)吸收特定波長的光，在光譜上留下獨(dú)特的“指紋”。

研究人員分析這些“指紋”，就能畫出大尺度結(jié)構(gòu)的三維分布圖，“大環(huán)”和“巨型弧”就是這么被“揪出來”的。

這種觀測方法還挺巧妙的，就像通過影子來還原物體的樣子，只不過對象換成了宇宙里的巨型結(jié)構(gòu)。

二、為了解釋“反?！苯Y(jié)構(gòu)，科學(xué)家們想出了哪些招？

面對“大環(huán)”和“巨型弧”帶來的理論困境，科學(xué)家們開始琢磨各種可能的解釋，重子聲學(xué)振蕩（BAO）理論就是其中一個(gè)候選。

本來想，這個(gè)理論或許能揭開謎團(tuán)，因?yàn)樗f的是早期宇宙里聲波傳播留下的“化石”印記。

在宇宙誕生后的前38萬年，光子、質(zhì)子和電子湊在一起形成等離子體，聲波在里面?zhèn)鞑ァ?/p>

后來宇宙冷卻形成中性氫原子，這些聲波痕跡就被“凍結(jié)”在物質(zhì)分布里了，理論上會(huì)影響現(xiàn)在星系的分布。

但后來發(fā)現(xiàn)，“大環(huán)”和BAO理論對不上，BAO理論預(yù)期的是球殼狀特征，可“大環(huán)”不僅尺寸太大，形狀還更接近螺旋，明顯不符合。

如此看來，BAO理論怕是沒法完全解釋這個(gè)宇宙巨型結(jié)構(gòu)的存在。

還有些科學(xué)家把目光投向了超越標(biāo)準(zhǔn)模型的物理機(jī)制，比如宇宙弦理論。

他們覺得早期宇宙可能存在像“晶界”一樣的拓?fù)淙毕?，也就是一維的能量密度異常區(qū)域，這些區(qū)域可能在宇宙演化時(shí)起到“種子”的作用，促成了超大尺度結(jié)構(gòu)的形成。

不過這也只是一種假說，目前還沒有確鑿證據(jù)能證實(shí)，現(xiàn)在科學(xué)界對這些巨型結(jié)構(gòu)的解釋還沒達(dá)成一致，各種說法都有。

但這種“眾說紛紜”的狀態(tài)也挺好，畢竟科學(xué)進(jìn)步往往就是從解決這些“反?！爆F(xiàn)象開始的。

三、這場宇宙探索，會(huì)不會(huì)開啟新的“宇宙學(xué)革命”？

為了搞清楚“大環(huán)”和“巨型弧”到底是不是真的存在，國際天文學(xué)界已經(jīng)行動(dòng)起來了。

多個(gè)獨(dú)立觀測項(xiàng)目正在推進(jìn)，歐洲南方天文臺(tái)的大型望遠(yuǎn)鏡、哈勃太空望遠(yuǎn)鏡都加入了觀測隊(duì)伍，它們會(huì)從不同波段收集數(shù)據(jù)，交叉驗(yàn)證這些結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)。

更讓人期待的是，即將投入使用的詹姆斯?韋布太空望遠(yuǎn)鏡，它的分辨率和探測能力更強(qiáng)，說不定能揭開這些結(jié)構(gòu)內(nèi)部星系分布、物質(zhì)密度的秘密，給科學(xué)家們提供更精準(zhǔn)的數(shù)據(jù)支持。

而且各國天文機(jī)構(gòu)還在合作，搭建全球觀測網(wǎng)絡(luò)，共享數(shù)據(jù)、一起分析，這樣能更快推進(jìn)研究。

在理論方面，不少科學(xué)家也開始反思現(xiàn)有的宇宙學(xué)模型了。

有些人覺得“宇宙均勻性”的假設(shè)可能太簡單了，說不定宇宙在某些尺度上本來就不是均勻的，這就需要對現(xiàn)有理論框架進(jìn)行大的調(diào)整。

還有些研究小組在探索修改引力理論，或者尋找能在現(xiàn)有框架內(nèi)解釋這些超大結(jié)構(gòu)的機(jī)制。

回顧一下歷史就會(huì)發(fā)現(xiàn)，之前很多宇宙學(xué)的重大突破，都是從發(fā)現(xiàn)“觀測異?！遍_始的。

比如20世紀(jì)初，水星近日點(diǎn)進(jìn)動(dòng)異常讓廣義相對論得以建立，星系旋轉(zhuǎn)曲線異常引出了暗物質(zhì)的概念，超新星觀測發(fā)現(xiàn)宇宙加速膨脹，又讓科學(xué)家們提出了暗能量。

說不定這次“大環(huán)”和“巨型弧”的發(fā)現(xiàn)，也會(huì)開啟一場新的宇宙學(xué)革命。

洛佩茲說“這些結(jié)構(gòu)肯定在告訴我們一些重要的信息，但究竟是什么，我們還不得而知”。

雖然現(xiàn)在還有很多謎團(tuán)沒揭開，但能觀測到這么壯觀的宇宙結(jié)構(gòu)，本身就很了不起了。

隨著觀測技術(shù)不斷進(jìn)步、理論研究不斷深入，總有一天我們能搞明白這些宇宙“大家伙”背后的秘密，到時(shí)候?qū)τ钪娴恼J(rèn)知說不定會(huì)迎來一次大的飛躍。