Vintergatans galax, som mäter 100 000 till 180 000 ljusår (31 – 55 kiloparsek) i diameter och innehåller 100 till 400 miljarder stjärnor, är så enorm att den förbryllar sinnet. Och ändå, när det kommer till universums storskaliga struktur, är vår galax bara en droppe i hinken. När man tittar längre har astronomer noterat att galaxer bildar kluster, som i sin tur bildar superkluster – största kända strukturer i universum.
Superklustern där vår galax finns är känd som Laniakea Supercluster , som sträcker sig över 500 miljoner ljusår. Men tack vare a ny studie av ett team indiska astronomer har en ny superkluster precis identifierats som gör alla tidigare kända på skam. Känd som Saraswati, denna superkluster är över 650 miljoner ljusår (200 megaparsecs) i diameter, vilket gör den till en av de största storskaliga strukturerna i det kända universum.
Studien, som nyligen dök upp iThe Astrophysical Journalunder rubriken ' Saraswati: An Extremely Massive ~ 200 Megaparsec Scale Supercluster ',utfördes av astronomer från Inter University Center for Astronomy & Astrophysics (IUCAA) och Indian Institute of Science Education and Research (IISER), med hjälp från ett antal indiska universitet.
Fördelningen av galaxer, från Sloan Digital Sky Survey (SDSS), i Saraswatis superkluster. Kredit: IUCAA
För sin studies skull förlitade sig teamet på data som erhållits av Sloan Digital Sky Survey (SDSS) för att undersöka universums storskaliga struktur. Tidigare har astronomer funnit att kosmos är hierarkiskt sammansatt, där galaxer är ordnade i kluster, superkluster, ark, väggar och filament. Dessa är åtskilda av enorma kosmiska tomrum, som tillsammans skapar universums enorma 'kosmiska webb'-struktur.
Superkluster, som är de största sammanhängande strukturerna i den kosmiska webben, är i grunden kedjor av galaxer och galaxhopar som kan sträcka sig över hundratals miljoner ljusår och innehålla biljoner stjärnor. Till slut hittade teamet en superkluster belägen cirka 4 miljarder (1226 megaparsek) ljusår från jorden – i stjärnbilden Fiskarna – det vill säga 600 miljoner ljusår brett och kan innehålla massaekvivalenten till över 20 miljoner miljarder solar.
De gav denna superkluster namnet 'Saraswati', namnet på en gammal flod som spelade en viktig roll i framväxten av den indiska civilisationen. Saraswait är också namnet på en gudinna som dyrkas i Indien idag som väktaren av himmelska floder och gudinnan för kunskap, musik, konst, visdom och natur. Detta fynd var särskilt överraskande, eftersom Saraswati var äldre än väntat.
I huvudsak dök superklustret upp i SDSS-data som det skulle ha gjort när universum var ungefär 10 miljarder år gammalt. Så inte bara är Saraswati ett av de största superklustren som hittills upptäckts, utan dess existens väcker några allvarliga frågor om våra nuvarande kosmologiska modeller. I grund och botten förutsäger inte den dominerande modellen för kosmisk evolution att en sådan överbyggnad skulle kunna existera när universum var 10 miljarder år gammalt.
Diagram över Lambda-CDM-modellen, som visar kosmisk evolution från Big Bang/Inflation Era och den efterföljande expansionen av universum. Kredit: Alex Mittelmann.
Känd som modellen 'Cold Dark Matter' förutspår denna teori att små strukturer (dvs galaxer) först bildades i universum och sedan samlades i större strukturer. Även om variationer inom denna modell finns, förutspår ingen att något så stort som Saraswati kunde ha existerat för 4 miljarder år sedan. På grund av detta kan upptäckten kräva att astronomer omprövar sina teorier om hur universum blev vad det är idag.
För att uttrycka det enkelt, Saraswati-superklustret bildades vid en tidpunkt då mörk energi började dominera strukturbildningen och ersatte gravitationen som den huvudsakliga kraften som formar kosmisk evolution. Som Joydeep Bagchi, en forskare från IUCAA och huvudförfattaren till tidningen, och medförfattaren Shishir Sankhyayan (av IISER) förklarade i en IUCAA pressmeddelande :
''Vi blev mycket förvånade över att se denna gigantiska väggliknande superkluster av galaxer... Denna superkluster är tydligt inbäddad i ett stort nätverk av kosmiska filament som spåras av kluster och stora tomrum. Tidigare har endast ett fåtal jämförelsevis stora superkluster rapporterats, till exempel 'Shapley-koncentrationen' eller 'Sloan Great Wall' i det närliggande universum, medan 'Saraswati'-superhopen är mycket mer avlägsen. Vårt arbete kommer att bidra till att belysa den förbryllande frågan; hur sådana extremt storskaliga, framträdande materiedensitetsförbättringar hade bildats miljarder år i det förflutna när den mystiska mörka energin precis hade börjat dominera strukturbildningen.''
Som sådan kan upptäckten av dessa mest massiva superkluster kasta ljus över hur och när mörk energi spelade en viktig roll i superklusterbildningen. Det öppnar också dörren till andra kosmologiska teorier som konkurrerar med CDM-modellen, som kan erbjuda mer konsekventa förklaringar till varför Saraswati kunde existera 10 miljarder år efter Big Bang.
En sak är klar tanke: denna upptäckt representerar en spännande möjlighet för ny forskning om kosmisk bildning och evolution. Och med hjälp av nya instrument och observationsanläggningar kommer astronomer att kunna titta närmare på Saraswait och andra superkluster under de kommande åren och studera hur de påverkar sin kosmiska miljö.
Vidare läsning: IUCAA , The Astrophysical Journal