Er det muligt at forstå universet uden at forstå de største strukturer, der bor i det? I princippet ikke sandsynligt. I praktiske termer? Bestemt ikke. Ekstremt store genstande kan fordreje vores forståelse af kosmos.
Astronomer har fundet den største struktur i universet hidtil, kaldet Quipu efter et incan -målesystem. Det indeholder en chokerende 200 quadrillion solmasser.
Astronomi er en bestræbelse, hvor ekstremt store antal er en del af den daglige diskurs. Men selv i astronomi er 200 Quadrillion et nummer, der er så stort, at det sjældent er stødt på. Og hvis Quipus ekstremt store masse ikke får opmærksomhed, gør dens størrelse helt sikkert. Objektet, kaldet en overbygning, er mere end 400 megaparsecs lang. Det er mere end 1,3 milliarder lysår.
En struktur, der er stor, skal simpelthen påvirke omgivelserne, og at forstå disse effekter er kritisk for at forstå kosmos. Ifølge ny forskning kan det at studere Quipu og dets brødre hjælpe os med at forstå, hvordan galakser udvikler sig, hjælpe os med at forbedre vores kosmologiske modeller og forbedre nøjagtigheden af vores kosmologiske målinger.
Forskningen med titlen “afsløring af de største strukturer i det nærliggende univers: Opdagelse af Quipu -overbygningen” er blevet accepteret til offentliggørelse i tidsskriftet Astronomi og astrofysik. Hans Bohringer fra Max Planck Institute er hovedforfatter. Det er tilgængeligt på arxiv Preprint Server.
“For en præcis bestemmelse af kosmologiske parametre er vi nødt til at forstå virkningerne af universets lokale store strukturer på målingerne,” skriver forfatterne. “De inkluderer ændringer af den kosmiske mikrobølgebaggrund, forvrængninger af himmelbilleder ved storskala gravitationslinse og påvirkningen af store streamingbevægelser på målinger af Hubble-konstanten.”
Overbygninger er ekstremt store strukturer, der indeholder grupper af galakseklynger og superklynger. De er så massive, at de udfordrer vores forståelse af, hvordan vores univers udviklede sig. Nogle af dem er så massive, at de bryder vores modeller af kosmologisk udvikling.
Quipu er den største struktur, vi nogensinde har fundet i universet. Det og de andre fire overbygninger, som forskerne fandt, indeholder 45% af galakseklyngerne, 30% af galakser, 25% af sagen og optager en volumenfraktion på 13%.
Quipu er optagelsesenheder lavet af knudede ledninger, hvor knobene indeholder information baseret på farve, rækkefølge og nummer. “Dette synspunkt giver det bedste indtryk af overbygningen som et langt filament med små sidefilamenter, der indledte navngivningen af Quipu,” forklarer forfatterne i deres papir.
I deres arbejde fandt Bohringer og hans medforskere Quipu og fire andre overbygninger inden for et afstandsområde fra 130 til 250 MPC. De brugte røntgengalakse-klynger til at identificere og analysere overbygningerne i deres kosmiske storskala-struktur i røntgenstråler (ClassIX) Cluster Survey. Røntgengalakse-klynger kan indeholde tusinder af galakser og masser af meget varm intraclustergas, der udsender røntgenstråler.
Disse emissioner er nøglen til at kortlægge massen af overbygningerne. Røntgenstråler sporer de tætteste regioner af stofkoncentration og det underliggende kosmiske web. Emissionerne er som skilte til identifikation af overbygninger.
Forfatterne påpeger, at “forskellen i galaksetætheden omkring feltklynger og medlemmer af overbygninger er bemærkelsesværdig.” Dette kan skyldes, at feltklynger er befolket med mindre massive klynger end dem i overbygningen snarere end fordi feltklyngerne har lavere galakstæthed.
Uanset årsagerne udøver massen af disse overbygninger en enorm indflydelse på vores forsøg på at observere, måle og forstå kosmos. “Disse store strukturer efterlader deres aftryk på kosmologiske observationer,” skriver forfatterne.
Overbygningerne efterlader et aftryk på den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB), som er relikvie -stråling fra Big Bang og nøglebeviser, der understøtter det. CMB’s egenskaber matcher vores teoretiske forudsigelser med næsten kirurgisk præcision. Overbygningerne ‘tyngdekraft ændrer CMB, når den passerer gennem dem i henhold til den integrerede Sachs-Wolfe (ISW) -effekt og producerer udsving i CMB. Disse udsving er forgrundsartifakter, der er vanskelige at filtrere ud, introducere interferens i vores forståelse af CMB og dermed big bang.
Overbygningerne kan også påvirke målingerne af Hubble -konstanten, en grundlæggende værdi i kosmologi, der beskriver, hvor hurtigt universet ekspanderer. Mens galakser flytter længere fra hinanden på grund af ekspansion, har de også lokale hastigheder, kaldet særegne hastigheder eller streamingbevægelser. Disse skal adskilles fra ekspansion for at forstå ekspansion tydeligt. Den store masse af disse overbygninger påvirker disse streamingbevægelser og forvrænger vores målinger af Hubble -konstanten.
Forskningen bemærker også, at disse massive strukturer kan ændre og fordreje vores himmelbilleder gennem storskala gravitationslinse. Dette kan indføre fejl i vores målinger.
På den anden side producerer simuleringer af Lambda CDM overbygninger som Quipu og de fire andre. Lambda CDM er vores standardmodel for Big Bang Cosmology og tegner sig for meget af det, vi ser i universet, som dets store struktur. “Vi finder overbygninger med lignende egenskaber i simuleringer baseret på Lambda-CDM-kosmologimodeller,” skriver forfatterne.
Det er tydeligt, at disse overbygninger er kritiske for at forstå universet. De har en betydelig del af dets sag og påvirker deres omgivelser på grundlæggende måder. Mere forskning er nødvendig for at forstå dem og deres indflydelse.
“Interessant opfølgningsundersøgelse af vores fund inkluderer for eksempel undersøgelser af indflydelsen af disse miljøer på galaksepopulationen og evolutionen,” skriver forfatterne i deres konklusion.
Ifølge undersøgelsen fortsætter disse overbygninger ikke for evigt. “I den fremtidige kosmiske udvikling er disse overbygninger bundet til at bryde op i flere kollapsende enheder. De er således kortvarige konfigurationer,” forklarer Bohringer og hans medforskere.
“Men i øjeblikket er de specielle fysiske enheder med karakteristiske egenskaber og specielle kosmiske miljøer, der fortjener særlig opmærksomhed.”