Uważa się, że pod przewodnictwem Uniwersytetu Hawajskiego odkrycie ogromnej bańki oddalonej o 820 milionów lat świetlnych od Ziemi jest podobną do skamieniałości pozostałością narodzin wszechświata. Astronom Brent Tully z Instytutu Astronomii UH i jego zespół nieoczekiwanie odkryli bąbel w sieci galaktyk. Istocie nadano imię Ho’oleilana, termin zaczerpnięty z Kumulipo, hawajskiej pieśni o stworzeniu, przywołującej pochodzenie struktury.
Nowe odkrycia opublikowane w The Astrophysical Journal wspominają, że te masywne struktury są przewidywane przez teorię Wielkiego Wybuchu w wyniku trójwymiarowych zmarszczek znalezionych w materiale wczesnego Wszechświata, znanych jako Barionowe Oscylacje Akustyczne (BAO).
„Nie szukaliśmy go. Jest tak ogromny, że rozlewa się na krawędzie analizowanego przez nas sektora nieba” – wyjaśnił Tully. „Jako wzrost gęstości galaktyk jest to cecha znacznie silniejsza, niż oczekiwano. Bardzo duża średnica miliarda lat świetlnych przekracza teoretyczne oczekiwania. Jeśli jego powstawanie i ewolucja są zgodne z teorią, BAO jest bliżej niż przewidywano, co sugeruje wysoką wartość tempa ekspansji wszechświata.”
Astronomowie zlokalizowali bąbel, korzystając z danych z Cosmicflows-4, będącego największym jak dotąd zestawieniem dokładnych odległości do galaktyk. Tully był współautorem wyjątkowego katalogu jesienią 2022 r. Jego zespół badaczy uważa, że może to być pierwszy raz, kiedy astronomowie zidentyfikowali indywidualną strukturę powiązaną z BAO. Odkrycie może pomóc w poszerzeniu wiedzy naukowców na temat skutków ewolucji galaktyk.
Ogromne bąbelki materii
Zgodnie z dobrze ugruntowaną teorią Wielkiego Wybuchu, przez pierwsze 400 000 lat Wszechświat jest kotłem gorącej plazmy podobnym do wnętrza Słońca. W plazmie elektrony zostały oddzielone od jąder atomowych. W tym okresie obszary o nieco większej gęstości zaczęły zapadać się pod wpływem grawitacji, nawet gdy intensywna kąpiel promieniowania próbowała rozdzielić materię. Ta walka pomiędzy grawitacją a promieniowaniem spowodowała, że plazma oscylowała lub falowała i rozprzestrzeniała się na zewnątrz.
Największe zmarszczki we wczesnym wszechświecie zależały od odległości, jaką mogła pokonać fala dźwiękowa. Odległość ta, wyznaczona na podstawie prędkości dźwięku w plazmie, wynosiła prawie 500 milionów lat świetlnych i została ustalona, gdy Wszechświat ostygł i przestał być plazmą, pozostawiając ogromne, trójwymiarowe zmarszczki. Przez eony galaktyki tworzyły się na szczytach gęstości, tworząc ogromne struktury przypominające bąbelki. Właściwie rozpoznane wzorce rozmieszczenia galaktyk mogą ujawnić właściwości tych starożytnych posłańców.
„Jestem kartografem tej grupy i mapowanie Ho’oleilana w trzech wymiarach pomaga nam zrozumieć jej treść i relacje z otoczeniem” – powiedział badacz Daniel Pomarede z CEA Paris-Saclay University we Francji. „Skonstruowanie tej mapy i zobaczenie, jak gigantyczna struktura skorupowa Ho’oleilana była niesamowitym procesem, składała się z elementów, które w przeszłości same były identyfikowane jako jedne z największych struktur we wszechświecie”.
Ten sam zespół badaczy zidentyfikował także Supergromadę Laniākea w 2014 roku. Ta struktura, która obejmuje Drogę Mleczną, jest w porównaniu z nią niewielka. Rozciągająca się na średnicy około 500 milionów lat świetlnych Laniaākea rozciąga się do bliższej krawędzi tej znacznie większej bańki.
Odkrycie pojedynczego BAO
Zespół Tully’ego odkrył, że Ho’oleilana została odnotowana w artykule badawczym z 2016 roku jako najbardziej widoczna z kilku struktur przypominających muszle zaobserwowanych w ramach Sloan Digital Sky Survey. Jednak wcześniejsze prace nie ujawniły pełnego zakresu konstrukcji i zespół ten nie doszedł do wniosku, że znalazł BAO.
Korzystając z katalogu Cosmicflows-4, badacze byli w stanie zobaczyć pełną sferyczną powłokę galaktyk, zidentyfikować jej centrum i wykazać, że występuje statystyczne zwiększenie gęstości galaktyk we wszystkich kierunkach od tego centrum. Hoʻoleilana obejmuje wiele dobrze znanych struktur znalezionych wcześniej przez astronomów, takich jak Wielki Mur Harvarda/Smithsona zawierający Gromada Coma, Gromada Herkulesa i Wielki Mur Sloana. W jej centrum znajduje się Supergromada Boötes. Historyczna Pustka Boötes, ogromny pusty kulisty region, leży wewnątrz Ho’oleilana.
Konsekwencje Ho’oleilany
Testy z symulacjami wykazały, że struktura skorupy zidentyfikowana jako Ho’oleilana ma mniej niż 1% prawdopodobieństwo, że będzie statystycznym wypadkiem. Ho’oleilana ma właściwości teoretycznie przewidywanej barionowej oscylacji akustycznej, w tym w centrum bogatej supergromady wyróżnia się, jednak wyróżnia się silniej niż oczekiwano. Mówiąc szczegółowo, Ho’oleilana jest nieco większa, niż przewidywano na podstawie teorii standardowego modelu kosmologii i tego, co stwierdzono na podstawie wcześniejszych badań statystycznych separacji galaktyk w parach. Rozmiar jest zgodny z obserwacjami lokalnego tempa ekspansji Wszechświata i przepływów galaktyk w dużych skalach, które również wskazują na subtelne problemy z modelem standardowym.