Гигантская арка (также гигантская дуга) () — предполагаемая сверхкрупномасштабная космическая структура, обнаруженная при анализе распределения систем поглощения света в спектрах далёких квазаров. О существовании структуры впервые сообщила в 2021 году группа исследователей под руководством Алексии М. Лопес () на основе данных обзора Sloan Digital Sky Survey (SDSS). Структура занимает около одной пятнадцатой радиуса всей видимой Вселенной.

Предполагаемая протяжённость Гигантской дуги составляет около 3,3 млрд световых лет (примерно 1 гигапарсек). По оценкам авторов открытия, размеры объекта существенно превышают характерный масштаб статистической однородности Вселенной, оцениваемый современной космологией приблизительно в 370 мегапарсек (около 1,2 млрд световых лет). По этой причине открытие вызвало широкую научную дискуссию относительно применимости космологического принципа на наиболее крупных наблюдаемых масштабах.

Структура располагается на расстоянии около 9,2 млрд световых лет от Земли и наблюдается при красном смещении z ≈ 0,8. Если бы объект можно было непосредственно наблюдать на небесной сфере, его угловой размер составлял бы около 10°, что соответствует приблизительно двадцати видимым диаметрам полной Луны.

Несмотря на значительные предполагаемые размеры, существование Гигантской дуги продолжает обсуждаться в научной литературе. Ряд исследований указывает на возможную совместимость подобных структур со стандартной космологической моделью, тогда как авторы открытия придерживаются противоположной точки зрения.

История открытия Гигантская арка была обнаружена международной группой исследователей под руководством Алексии М. Лопес из Университета Центрального Ланкашира (Великобритания). Результаты исследования были опубликованы в 2021 году после статистического анализа данных проекта Sloan Digital Sky Survey — одного из крупнейших астрономических обзоров неба.

Основной целью исследования являлся поиск ранее неизвестных крупномасштабных структур распределения вещества во Вселенной. В отличие от большинства подобных работ, основанных на непосредственном картировании положения галактик, исследователи использовали косвенный метод, основанный на анализе спектров далёких квазаров. Этот подход позволил изучать распределение вещества на значительно больших расстояниях, чем при использовании только каталогов галактик. Благодаря высокой светимости квазары могут наблюдаться на космологических расстояниях, а возникающие в их спектрах линии поглощения содержат информацию о распределении межгалактического вещества между источником излучения и наблюдателем. После обработки большого массива спектроскопических данных исследователи выявили необычную пространственную концентрацию систем поглощения, образующих вытянутую дугообразную структуру гигантских размеров. Последующий статистический анализ показал, что вероятность случайного возникновения подобного распределения является низкой, вследствие чего авторы интерпретировали обнаруженную особенность как реальную крупномасштабную структуру.

Методика обнаружения Для поиска Гигантской арки использовались спектроскопические наблюдения, выполненные в рамках обзора Sloan Digital Sky Survey. Исследователи анализировали линии поглощения, возникающие при прохождении света далёких квазаров через облака межгалактического газа. Особое внимание уделялось линиям поглощения ионов магния Mg II. Эти линии являются одними из наиболее распространённых индикаторов наличия холодного газа вокруг галактик и могут использоваться для изучения распределения вещества на космологических расстояниях.

Когда излучение квазара проходит через галактическое гало или межгалактическое облако газа, атомы магния поглощают свет на строго определённых длинах волн. Благодаря расширению Вселенной эти линии смещаются в красную область спектра, что позволяет определить расстояние до поглощающего объекта по величине его красного смещения. Используя десятки тысяч подобных спектров, исследователи построили трёхмерную карту распределения систем поглощения Mg II. На этой карте была выявлена необычно протяжённая область повышенной плотности, имеющая форму гигантской дуги. Предложенный метод существенно отличается от традиционного поиска сверхскоплений галактик. Если обычные исследования основаны преимущественно на непосредственном наблюдении самих галактик, то в данном случае использовалось распределение межгалактического газа, которое может прослеживаться значительно дальше и характеризовать элементы космической паутины даже при отсутствии полных каталогов галактик.

Характеристики По опубликованным оценкам, линейная протяжённость Гигантской арки составляет около 3,3 млрд световых лет. Это делает её одной из крупнейших известных кандидатур на роль сверхкрупномасштабной структуры Вселенной. Структура располагается при красном смещении около z ≈ 0,8, что соответствует эпохе, когда возраст Вселенной составлял примерно половину современного. Свет от объекта распространялся до Земли около 9,2 млрд лет.

По данным авторов исследования, структура включает многочисленные галактики, их группы, скопления галактик, а также межгалактический газ и пыль. Предполагается, что основную массу вещества составляют элементы космической паутины, включающие филаменты из тёмной материи и барионного вещества.

При визуальном представлении структура напоминает огромную дугу, однако её форма определяется статистическим распределением объектов, а не непосредственным изображением. В действительности Гигантская дуга представляет собой трёхмерную область повышенной концентрации вещества.

Внутреннее строение Авторы исследования выделили две основные части структуры:

GA-main — основная и наиболее протяжённая часть; GA-sub — меньшая область, расположенная рядом с основной дугой.

При визуальном анализе обе части кажутся единым образованием. Однако применение алгоритмов кластерного анализа показывает, что они представляют собой две статистически различимые области повышенной плотности. Несмотря на это, исследователи не исключают, что обе части физически связаны между собой элементами космической паутины и являются компонентами единой крупномасштабной структуры.

Космологическое значение Публикация результатов исследования привлекла значительное внимание специалистов по наблюдательной космологии и крупномасштабной структуре Вселенной. Основной причиной стало то, что предполагаемые размеры Гигантской дуги значительно превышают характерный масштаб статистической однородности, предсказываемый современной стандартной космологической моделью. Согласно современным представлениям, вещество во Вселенной распределено неравномерно лишь до определённых масштабов. Галактики образуют группы, скопления, сверхскопления и соединяющие их филаменты, образующие космическую паутину. Однако при дальнейшем увеличении рассматриваемого объёма пространства распределение вещества должно становиться статистически однородным.

Именно на этом предположении основан космологический принцип, являющийся одним из фундаментальных положений современной космологии. Он утверждает, что при рассмотрении достаточно больших масштабов Вселенная является однородной и изотропной, вследствие чего её свойства не зависят от положения наблюдателя или выбранного направления наблюдения.

Предполагаемые размеры Гигантской арки превышают размеры большинства известных сверхскоплений и других элементов космической паутины. Поэтому вопрос о природе подобных объектов непосредственно связан с проверкой применимости космологического принципа. Само существование очень крупных структур не означает автоматического нарушения космологического принципа. Существенное значение имеет статистическая вероятность возникновения подобных объектов в рамках модели ΛCDM. Именно этот вопрос стал предметом последующих исследований.

Научная дискуссия После публикации открытия вопрос о природе Гигантской дуги стал предметом многочисленных исследований.

Основная дискуссия сосредоточилась вокруг двух вопросов:

является ли обнаруженная структура физически существующим объектом; согласуется ли существование подобных объектов со стандартной космологической моделью.

Часть исследователей рассматривает подобные сверхкрупномасштабные структуры как возможные статистические особенности распределения вещества, возникающие в рамках стандартной модели ΛCDM, либо указывает на необходимость учитывать влияние методов выделения структур при анализе наблюдательных данных. Другие авторы считают, что размеры Гигантской дуги и ряда других объектов превышают ожидаемые характеристики крупномасштабной структуры Вселенной и поэтому требуют дополнительной проверки фундаментальных космологических моделей. В настоящее время интерпретация Гигантской дуги остаётся предметом научной дискуссии.

Примечания

См. также Космическая паутина Крупномасштабная структура Вселенной Сверхскопление галактик Большое кольцо Великая стена Слоуна Космологический принцип Модель ΛCDM Sloan Digital Sky Survey

Категория:Физическая космология Категория:Астрономические объекты, открытые в 2021 году