兩個(gè)極其詭異的巨型圓環(huán)橫貫天際，宇宙學(xué)基本原理恐遭顛覆

在一個(gè)均勻的宇宙中，不應(yīng)該存在這樣的巨型結(jié)構(gòu)。

如果這兩個(gè)環(huán)肉眼可見(jiàn)，那么它們?cè)谔炜罩锌赡苁沁@個(gè)樣子。圓點(diǎn)代表對(duì)類星體發(fā)出的光進(jìn)行測(cè)量的點(diǎn)，黃色代表新發(fā)現(xiàn)的巨環(huán)，藍(lán)色代表的是之前發(fā)現(xiàn)的較小環(huán)。

Alexia Lopez / Roger Clowes

天穹之上，牧夫座和大熊座的北斗七星之間，有兩個(gè)無(wú)比巨大的圓環(huán)。一個(gè)直徑13億光年，另一個(gè)33億光年。它們和地球的距離都是大約92億光年，且皆由星系、星系團(tuán)和星系際介質(zhì)組成。

這兩個(gè)巨環(huán)的存在，或許會(huì)挑戰(zhàn)人類宇宙學(xué)中最基本的一個(gè)原理。而這個(gè)原理的重要性，可能和愛(ài)因斯坦的廣義相對(duì)論不相上下。

人類目前對(duì)宇宙的所有認(rèn)識(shí)，包括所有宇宙學(xué)模型，都建立在這樣一個(gè)認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上——在足夠大的空間——比如一億光年以上的尺度上，宇宙中物質(zhì)的分布具有均勻性和各向同性。這就是所謂的宇宙學(xué)基本原理。

這是一個(gè)假設(shè)。到目前為止人們已經(jīng)通過(guò)射電觀測(cè)、星系計(jì)數(shù)和對(duì)宇宙微波背景輻射的分析等方式，在一定的范圍內(nèi)對(duì)此加以了驗(yàn)證。一旦人們發(fā)現(xiàn)，在某個(gè)尺度上這個(gè)假設(shè)不成立，人類對(duì)宇宙的基本認(rèn)知就會(huì)亂套。

然而在今年1月6日舉行的美國(guó)天文學(xué)會(huì)會(huì)議上，英國(guó)普雷斯頓中央蘭開(kāi)夏大學(xué)的宇宙學(xué)家Alexia Lopez宣布發(fā)現(xiàn)了這兩個(gè)巨環(huán)，向這一原理發(fā)起了挑戰(zhàn)。Lopez稱，如果宇宙是均勻的，那么這兩個(gè)環(huán)不應(yīng)該存在。

這兩個(gè)環(huán)是研究人員通過(guò)分析遙遠(yuǎn)類星體發(fā)出的光逐步發(fā)現(xiàn)的。

宇宙中的很多超大質(zhì)量黑洞周?chē)幸粋€(gè)圍繞黑洞運(yùn)行的發(fā)光物質(zhì)盤(pán)，物質(zhì)盤(pán)中的物質(zhì)會(huì)墜入黑洞，并在黑洞的兩極產(chǎn)生一對(duì)相對(duì)論噴流。如果這對(duì)噴流中的一條正好指向地球，那么我們就會(huì)看到一個(gè)極其明亮的光點(diǎn)——由于這類天體在觀測(cè)上與銀河系內(nèi)的恒星亮度相當(dāng)，所以被稱為“類星體”。

類星體發(fā)出的光在穿越宇宙時(shí)，會(huì)被宇宙中的物質(zhì)吸收并改變。通過(guò)研究這種改變，人們可以知道宇宙中物質(zhì)的分布特點(diǎn)。

基于這樣的原理，Alexia Lopez在2021年的斯隆數(shù)字化巡天數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)，牧夫座和大熊座附近有一條巨大的圓弧。2024年，Lopez又在圓弧的上方，靠近北斗七星勺柄的部位，發(fā)現(xiàn)了一個(gè)圓環(huán)。圓環(huán)和圓弧都由和地球距離相等的物質(zhì)組成。

而近日Lopez又宣稱，她在之前發(fā)現(xiàn)的圓弧上方發(fā)現(xiàn)了一道新的弧線。這道弧線比較細(xì)，但看起來(lái)像是原來(lái)那道弧線的延續(xù)。分析之后，研究人員認(rèn)為這不是巧合。這兩條圓弧是一體的，它們共同構(gòu)成了一個(gè)比之前發(fā)現(xiàn)的那個(gè)圓環(huán)更大的巨型圓環(huán)。

Lopez認(rèn)為，如果這兩個(gè)圓環(huán)最終被證實(shí)為真實(shí)結(jié)構(gòu)，其巨大的尺度將對(duì)當(dāng)前以均勻性和各向同性為基礎(chǔ)的宇宙學(xué)模型發(fā)起挑戰(zhàn)。因?yàn)樵谝粋€(gè)均勻的宇宙中，不應(yīng)該存在這樣的巨型結(jié)構(gòu)。

有學(xué)者對(duì)此持不同意見(jiàn)。他們認(rèn)為，僅憑巨型結(jié)構(gòu)不足以推翻宇宙學(xué)原理。當(dāng)前的宇宙模型容得下這樣的結(jié)構(gòu)。2025年2月赫爾辛基大學(xué)的學(xué)者曾報(bào)告稱，他們使用符合宇宙學(xué)原理的模型，模擬出了類似的巨型弧線。但Lopez認(rèn)為，計(jì)算機(jī)模擬的巨弧和她發(fā)現(xiàn)的巨環(huán)完全不同，不具可比性。

也有學(xué)者認(rèn)為，僅用偶然性確實(shí)無(wú)法解釋這些巨型結(jié)構(gòu)的存在。它們看起來(lái)相當(dāng)不可思議。如果宇宙中真的存在這樣的東西，人們未來(lái)應(yīng)該能夠通過(guò)更大規(guī)模的巡天觀測(cè)，發(fā)現(xiàn)更多類似結(jié)構(gòu)。

參考

A Giant Ring on the Sky

https://submissions.mirasmart.com/AAS247/Itinerary/PresentationDetail.aspx?evdid=4321

The Emperor’s New Arc: gigaparsec patterns abound in a ΛCDM universe

https://arxiv.org/abs/2502.03515

A Big Ring on the sky

https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1475-7516/2024/07/055