Eine kolossale Struktur im fernen Universum widerspricht unserem Verständnis der Entstehung des Universums.
Im Licht, das 6,9 Milliarden Jahre lang gereist ist, um uns zu erreichen, haben Astronomen einen riesigen, nahezu perfekten Galaxienring mit einem Durchmesser von etwa 1,3 Milliarden Lichtjahren entdeckt. Es stimmt mit keiner bekannten Struktur oder Entstehungsmechanismus überein.
Der Große Ring, wie die Struktur genannt wurde, könnte bedeuten, dass wir das Standardmodell der Kosmologie ändern müssen.
Die Entdeckung unter der Leitung der Astronomin Alexia Lopez von der University of Central Lancashire wurde auf der 243. Tagung der American Astronomical Society vorgestellt.
Es ist die zweite riesige Struktur, die Lopez und ihre Kollegen entdeckt haben. Der erste, Riesenbogen genannt, befindet sich tatsächlich im selben Teil des Himmels, in derselben Entfernung. Als die Entdeckung des Bogens im Jahr 2021 bekannt gegeben wurde, gab sie den Astronomen Rätsel auf. Der Große Ring vertieft das Geheimnis nur.
„Keine dieser beiden ultragroßen Strukturen ist mit unserem derzeitigen Verständnis des Universums leicht zu erklären“, sagt Lopez. „Und ihre extrem großen Größen, markanten Formen und kosmologischen Nähe müssen uns sicherlich etwas Wichtiges sagen – aber was genau?“
Der unmittelbarste Zusammenhang scheint mit einer sogenannten Baryon Acoustic Oscillation (BAO) zu bestehen. Dabei handelt es sich um riesige, kreisförmige Anordnungen von Galaxien, die überall im Weltraum zu finden sind. In Wirklichkeit handelt es sich um Kugeln, die Fossilien akustischer Wellen, die sich im frühen Universum ausbreiteten und dann erstarrten, als der Weltraum so groß wurde, dass sich diffuse akustische Wellen nicht mehr ausbreiten konnten.
Der Große Ring ist kein BAO. BAOs haben alle eine feste Größe mit einem Durchmesser von etwa 1 Milliarde Lichtjahren. Und eine gründliche Untersuchung des Großen Rings zeigt, dass er eher einer Korkenzieherform ähnelt, die so ausgerichtet ist, dass sie wie ein Ring aussieht.
Damit bleibt die völlig unbeantwortete Frage: Was zum Teufel ist das? Und was bedeutet es für das kosmologische Prinzip, das besagt, dass ein gegebener Raumabschnitt in alle Richtungen im Wesentlichen genauso aussehen sollte wie alle anderen Raumabschnitte?
„Wenn wir das Universum im großen Maßstab betrachten, gehen wir davon aus, dass die Materie überall im Weltraum gleichmäßig verteilt ist, sodass es ab einer bestimmten Größe keine erkennbaren Unregelmäßigkeiten mehr geben sollte“, erklärt Lopez.
„Kosmologen schätzen die aktuelle theoretische Größengrenze von Strukturen auf 1,2 Milliarden Lichtjahre, doch beide Strukturen sind viel größer – der Riesenbogen ist fast dreimal größer und der Umfang des Großen Rings ist vergleichbar mit der Länge des Riesenbogens.“
Aber die Größe ist nur eines der Probleme. Das andere ist, was es für die Kosmologie bedeutet, das Studium der Entwicklung des Universums. Das aktuelle Modell passt derzeit am besten zu dem, was wir beobachten, aber es gibt einige Merkmale, die in seinem Rahmen schwer zu erklären sind.
Es wurden andere Modelle vorgeschlagen, um diese Funktionen zu berücksichtigen. Unter einem solchen Modell, der konformen zyklischen Kosmologie von Roger Penrose, in der das Universum endlose Urknall-Expansionszyklen durchläuft, werden Ringstrukturen erwartet – obwohl es erwähnenswert ist, dass die konforme zyklische Kosmologie ihre eigenen erheblichen Probleme hat.
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Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass es sich bei den Strukturen um eine Art topologischer Defekt im Raum-Zeit-Gefüge handelt, der als kosmische Strings bekannt ist. Es wird angenommen, dass es sich dabei um protonenumfassende Falten handelt, die im frühen Universum entstanden, als sich die Raumzeit ausdehnte und dann an ihrem Platz erstarrte. Wir haben nicht viele physische Beweise für kosmische Strings gefunden, aber die theoretischen Beweise sind ziemlich vielversprechend.
Im Moment weiß niemand genau, was der Große Ring und der Riesenbogen bedeuten. Es könnte sich lediglich um zufällige Anordnungen von Galaxien handeln, die über den Himmel wirbeln, obwohl die Wahrscheinlichkeit dafür recht gering erscheint.
Die beste Hoffnung bestünde darin, weitere solcher Galaxienanordnungen zu finden, die über das ganze Universum verstreut sind und sich vor aller Augen verstecken.
„Aufgrund aktueller kosmologischer Theorien hielten wir Strukturen in dieser Größenordnung nicht für möglich“, sagt Lopez. „Wir könnten in unserem gesamten beobachtbaren Universum vielleicht eine überaus große Struktur erwarten. Dennoch sind der Große Ring und der Riesenbogen zwei riesige Strukturen und sogar kosmologische Nachbarn, was außerordentlich faszinierend ist.“
Die Forschung wurde auf der 243. Tagung der American Astronomical Society vorgestellt.