La prima è stata individuata nel 2021: è costituita da galassie organizzate che formano un arco gigantesco di 3,3 miliardi di anni luce di diametro. E ora, è emerso un secondo schema: un enorme cerchio di galassie, soprannominato il Grande Anello. Insieme, l’Arco Gigante e il Grande Anello rappresentano una sfida al Modello Standard e alla cosmologia: strutture così grandi superano il limite dimensionale di ciò che è considerato teoricamente fattibile e pongono potenziali sfide al Principio cosmologico.

“Il Grande Anello e l’Arco Gigante sono alla stessa distanza da noi, vicino alla costellazione di Boote il Pastore, il che significa che esistevano nello stesso tempo cosmico, quando l’universo aveva solo la metà della sua età attuale. Si trovano anche nella stessa regione del cielo, a soli 12 gradi di distanza quando si osserva il cielo notturno", afferma Alexia Lopez, dottoranda presso l'Università del Lancashire Centrale che ha scoperto entrambe le strutture insieme al supervisore Roger Clowes e al collaboratore Gerard Williger. “L’identificazione di due straordinarie strutture ultra-grandi in una configurazione così ravvicinata aumenta la possibilità che insieme formino un sistema cosmologico ancora più straordinario”.

“Il Principio Cosmologico presuppone che la parte dell’universo che possiamo vedere sia vista come un ‘giusto campione’ di ciò che ci aspettiamo che sia il resto dell’universo. Ci aspettiamo che la materia sia distribuita uniformemente ovunque nello spazio quando osserviamo l'universo su larga scala, quindi non dovrebbero esserci irregolarità evidenti al di sopra di una certa dimensione".

“I cosmologi calcolano che l’attuale limite teorico delle dimensioni delle strutture sia di 1,2 miliardi di anni luce, ma entrambe queste strutture sono molto più grandi: l’Arco Gigante è quasi tre volte più grande e la circonferenza del Grande Anello è paragonabile alla lunghezza dell’Arco Gigante".

La scoperta è stata presentata al 243esimo incontro dell'American Astronomical Society (AAS) il 10 gennaio.


Il Grande Anello e l'Arco Gigante

Il Grande Anello appare come un anello quasi perfetto nel cielo ma l’ulteriore analisi della Lopez rivela che ha più una forma a spirale, come un cavatappi, allineato frontalmente con la Terra. Si trova a 9,2 miliardi di anni luce da noi. Ha un diametro di circa 1,3 miliardi di anni luce e una circonferenza di circa quattro miliardi di anni luce. Se potessimo vederlo direttamente, il suo diametro sarebbe come 15 Lune piene messe una accanto all'altra.

L'Arco Gigante, che è circa 1/15 del raggio dell'universo osservabile, si presenta come un'enorme mezzaluna di galassie, quasi simmetrica, nell'universo remoto.

Il Grande Anello e l’Arco Gigante sono costituiti da galassie così fioche e deboli che normalmente non sarebbero visibili. Lopez e il suo team li hanno scoperti osservando le linee di assorbimento negli spettri dei quasar dello Sloan Digital Sky Survey (SDSS). I quasar (contrazione di QUASi-stellAR radio source, cioè "radiosorgente quasi stellare") sono nuclei galattici estremamente attivi e appaiono come sorgenti puntiformi estremamente luminose. Si comportano come lampade giganti che puntano un riflettore attraverso galassie lontane ma molto più deboli, che altrimenti resterebbero invisibili.

In particolare, Lopez e i suoi colleghi stavano cercando prove dell'esistenza di galassie deboli che bloccano uno ione di magnesio chiamato Mg-II. Ciò ha permesso al team di mappare le galassie in tre dimensioni e rilevare sia l’Arco Gigante che il Grande Anello.

Non dovrebbero esistere

Lopez ha detto: “Nessuna di queste due strutture ultra-grandi è facile da spiegare nella nostra attuale comprensione dell’universo. E le loro dimensioni ultra-grandi, le forme distintive e la vicinanza cosmologica devono sicuramente dirci qualcosa di importante ma cosa esattamente?".

“Abbiamo fatto alcune statistiche e abbiamo scoperto che il Grande Anello ha un significato di 5,2 Sigma. Ciò sta superando la soglia d’oro di 5-Sigma”, ha aggiunto Lopez, riferendosi alla soglia a cui normalmente aspirano gli scienziati per confermare una scoperta.

“Una possibilità è che il Grande Anello possa essere correlato alle oscillazioni acustiche barioniche (BAO). I BAO nascono da oscillazioni nell'universo primordiale e oggi dovrebbero apparire, almeno statisticamente, come gusci sferici nella disposizione delle galassie. Tuttavia, un’analisi dettagliata del Grande Anello ha rivelato che non è realmente compatibile con la spiegazione BAO: il Grande Anello è troppo grande e non è sferico”. 

Oppure, ci potrebbero essere spiegazioni che si discostano da quella che è generalmente considerata la cosmologia standard. Per esempio, le strutture potrebbero essere spiegate da un modello completamente diverso, il Conformal Cyclic Cosmology (CCC) proposto dal fisico Roger Penrose.
Nel CCC, l’universo attraversa cicli infiniti di Big Bang. In questo scenario non c'è bisogno che l'universo collassi di nuovo in un Big Crunch ma piuttosto si espande indefinitamente e tutta la materia decade finché, matematicamente, la differenza tra l'universo vuoto espanso e una singolarità del Big Bang è solo una questione di scala: quando non c’è materia (come alla fine dell’universo e all’inizio), la scala è irrilevante. Cioè, un universo vuoto espanso può diventare la singolarità, riavviando il ciclo e lasciando delle "prove" del ciclo precedente. In altre parole, potrebbe creare strutture delle dimensioni del Grande Anello e dell’Arco Gigante. Una teoria accattivante che, però, come altre, non è riuscita finora a soppiantare il Modello Standard della Cosmologia, benché quest'ultimo presenti sempre più lacune e necessiti di essere migliorato.

Un'altra spiegazione potrebbe essere l'effetto del passaggio delle stringhe cosmiche, proposte negli anni ’70 del secolo scorso come parte della teoria delle stringhe.
Le stringhe cosmiche sono “difetti topologici” filamentosi di grandi dimensioni, che potrebbero essersi formati nell’universo primordiale. Un altro premio Nobel, Jim Peebles, ha recentemente ipotizzato che le stringhe cosmiche potrebbero avere un ruolo nell'origine di altre peculiarità nella distribuzione su larga scala delle galassie.

“I dati che stiamo osservando sono così lontani che ci è voluta metà della vita dell’universo per arrivare a noi, quindi da un’epoca in cui l’universo era circa 1,8 volte più piccolo di quanto lo sia adesso. Il Grande Anello e l’Arco Gigante, sia individualmente che insieme, ci regalano un grande mistero cosmologico mentre lavoriamo per comprendere l’universo e il suo sviluppo”, ha detto Lopez.