Великая стена Геркулеса –Северной Короны (HCB) [1] [5] или просто Великая стена [6] — это галактическое волокно , являющееся крупнейшей известной структурой в наблюдаемой Вселенной , имеющее длину около 10 миллиардов световых лет (диаметр наблюдаемой Вселенной составляет около 93 миллиардов световых лет). Эта массивная сверхструктура — это область неба, видимая в наборе данных картирования гамма-всплесков (GRB), в которой, как было обнаружено, концентрация гамма-всплесков, находящихся на одинаковом расстоянии, необычно выше ожидаемого среднего распределения. [2] [3] Она была обнаружена в начале ноября 2013 года группой американских и венгерских астрономов под руководством Иштвана Хорвата, Йона Хаккилы и Жолта Баголи при анализе данных миссии Swift Gamma-Ray Burst , а также других данных с наземных телескопов. [2] [3] Это крупнейшее известное образование во Вселенной, превышающее по размеру Огромный-LQG примерно в два раза. [7]
Сверхплотность находится во Втором, Третьем и Четвертом Галактических Квадрантах (NGQ2, NGQ3 и NGQ4) неба. Таким образом, она находится в Северном полушарии, с центром на границе созвездий Дракона и Геркулеса . Вся кластеризация состоит примерно из 19 гамма-всплесков с диапазоном красного смещения от 1,6 до 2,1. [3]
Обычно распределение гамма-всплесков во Вселенной проявляется в наборах, меньших, чем распределение 2σ, или с менее чем двумя гамма-всплесками в средних данных системы точка-радиус. [ необходимо разъяснение ] Одним из возможных объяснений этой концентрации является Великая стена Геркулеса–Северной Короны. [8] [9] Стена имеет средний размер, превышающий 2–3 миллиарда парсеков (от 6 до 10 миллиардов световых лет). [5] Такое сверхскопление может объяснить значительное распределение гамма-всплесков из-за его связи с образованием звезд.
В других исследованиях существование структуры подвергалось сомнению, поскольку предполагалось, что структура была обнаружена из-за ошибок в определенных статистических тестах, без учета всех последствий вымирания. [10] [11] В статье 2020 года (первоначальной группы первооткрывателей и других) говорится, что их анализ наиболее надежного текущего набора данных подтверждает существование структуры, но для окончательного решения этого вопроса потребуется спутник THESEUS . [12]
Повышенная плотность была обнаружена с использованием данных с различных космических телескопов, работающих на гамма- и рентгеновских длинах волн, а также некоторых данных с наземных телескопов. К концу 2012 года они успешно зарегистрировали 283 гамма-всплеска и измерили их красные смещения спектроскопически. Они разделили их на различные групповые подвыборки с различными красными смещениями, изначально с пятью группами, шестью группами, семью группами и восемью группами, но каждое групповое разделение в тестах предполагает слабую анизотропию и концентрацию, но это не тот случай, когда она подразделяется на девять групп, каждая из которых содержит 31 гамма-всплеск; они заметили значительную кластеризацию гамма-всплесков четвертой подвыборки (z = 1,6–2,1), причем 19 из 31 гамма-всплеска подвыборки сосредоточены в окрестностях Второго, Третьего и Четвертого северных галактических квадрантов (NGQ2, NGQ3 и NGQ4), охватывающих не менее 120 градусов неба. [2] [13] Согласно текущим моделям эволюции звезд, гамма-всплески вызываются только столкновением нейтронных звезд и коллапсом массивных звезд, и, как таковые, звезды, вызывающие эти события, обнаруживаются только в регионах с большим количеством материи в целом. Используя двухточечный тест Колмогорова-Смирнова , тест ближайшего соседа и метод точки-радиуса Bootstrap, они обнаружили, что статистическая значимость этого наблюдения составляет менее 0,05 %. Возможная биномиальная вероятность обнаружения кластеризации составила p=0,0000055. Позже в статье сообщается, что кластеризация может быть связана с ранее неизвестной сверхмассивной структурой. [2]
Авторы статьи пришли к выводу, что структура является возможным объяснением кластеризации, но они никогда не связывали ее с каким-либо названием. [14] Хаккила заявил, что «Во время процесса мы больше беспокоились о том, было ли это реальным или нет». [14] Термин «Великая стена Геркулеса–Северной Короны» был придуман Джондриком Вальдесом, филиппинским подростком из Марикины в Википедии , [14] [15] после прочтения отчета Discovery News [16] через три недели после открытия структуры в 2013 году. Номенклатура была использована Жаклин Ховард в ее серии видео «Talk Nerdy to Me», [17] и Хаккила позже использовал это название. [1]
Термин вводит в заблуждение, поскольку скопление занимает область, намного большую, чем созвездия Геркулеса и Северной Короны . Фактически, оно охватывает область от Волопаса до зодиакального созвездия Близнецов . Кроме того, скопление имеет несколько округлую форму, что скорее всего является сверхскоплением , в отличие от вытянутой формы стены галактики. Другое название, Великая стена гамма-всплесков, было предложено в более поздней статье. [6]
В статье говорится, что «14 из 31 гамма-всплесков сосредоточены в пределах 45 градусов неба» [3] , что соответствует размеру около 10 миллиардов световых лет (3 гигапарсека ) в самом длинном измерении, [ оригинальное исследование? ] , что составляет примерно одну девятую (10,7%) диаметра наблюдаемой Вселенной. Однако кластеризация содержит от 19 до 22 гамма-всплесков и охватывает длину в три раза большую, чем оставшиеся 14 гамма-всплесков. Действительно, кластеризация пересекает более 20 созвездий и охватывает 125 градусов неба, или почти 15 000 квадратных градусов общей площади, что соответствует примерно от 18 до 23 миллиардов световых лет (от 5,5 до 7 гигапарсеков) в длину. Она находится на красном смещении от 1,6 до 2,1.
Команда подразделяет 283 GRB на девять групп в наборах по 31 GRB. Для выявления значимости кластеризации использовались по крайней мере три различных метода.
Тест Колмогорова–Смирнова (тест K–S) — это непараметрический тест равенства непрерывных одномерных распределений вероятностей, который можно использовать для сравнения выборки с эталонным распределением вероятностей (тест K–S для одной выборки) или для сравнения двух выборок (тест K–S для двух выборок), таким образом, его можно использовать для проверки сравнений распределений девяти подвыборок. Однако тест K–S можно использовать только для одномерных данных — его нельзя использовать для наборов данных, включающих два измерения, таких как кластеризация. Однако в статье 1983 года JA Peacock предлагается использовать все четыре возможных порядка между упорядоченными парами для вычисления разницы между двумя распределениями. Поскольку распределение неба любого объекта состоит из двух ортогональных угловых координат, группа использовала эту методологию. [3]
В таблице выше показаны результаты 2D K–S теста девяти подвыборок GRB. Например, разница между группой 1 и группой 2 составляет 9 баллов. Значения больше 2 σ (значимые значения, равные или большие 14) выделены курсивом и окрашены в желтый цвет. Обратите внимание на шесть значимых значений в группе 4.
Результаты теста показывают, что из шести самых больших чисел пять принадлежат группе 4. Шесть из восьми числовых сравнений группы 4 принадлежат восьми самым большим числовым разностям, то есть числам больше 14. Чтобы вычислить приблизительные вероятности для разных чисел, команда провела 40 тысяч симуляций, в которых 31 случайная точка сравнивается с 31 другой случайной точкой. Результат содержит число 18 двадцать восемь раз и числа больше 18 десять раз, поэтому вероятность наличия чисел больше 17 составляет 0,095%. Вероятность наличия чисел больше 16 составляет p = 0,0029, наличия чисел больше 15 составляет p = 0,0094, а наличия чисел больше 14 составляет p = 0,0246. Для случайного распределения это означает, что числа больше 14 соответствуют 2 σ- отклонениям, а числа больше 16 соответствуют 3 σ- отклонениям. Вероятность наличия чисел больше 13 составляет p = 0,057, или 5,7%, что статистически не значимо. [3]
Используя статистику ближайших соседей, аналогичный тест 2D K–S; 21 последовательная вероятность в группе 4 достигает предела 2 σ , а 9 последовательных сравнений достигают предела 3 σ . Можно рассчитать биномиальные вероятности. Например, 14 из 31 гамма-всплесков в этой полосе красного смещения сосредоточены примерно в одной восьмой части неба. Биномиальная вероятность обнаружения этого отклонения составляет p = 0,0000055.
Команда также использовала статистику бутстрепа для определения количества гамма-всплесков в пределах предпочтительной угловой области неба. Тест показал, что 15–25% неба, идентифицированного для группы 4, содержит значительно больше гамма-всплесков, чем аналогичные круги при других красных смещениях гамма-всплесков. Когда область выбрана как 0,1125 × 4 π , 14 гамма-всплесков из 31 лежат внутри круга. Когда область выбрана как 0,2125 × 4 π , 19 гамма-всплесков из 31 лежат внутри круга. Когда область выбрана как 0,225 × 4 π , 20 гамма-всплесков из 31 лежат внутри круга. В этом последнем случае только 7 из 4000 случаев бутстрепа имели 20 или более гамма-всплесков внутри круга. Таким образом, этот результат является статистически значимым ( p = 0,0018) отклонением (биномиальная вероятность того, что это будет случайностью, меньше 10 −6 ). Команда построила статистику для этого теста, повторив процесс большое количество раз (десять тысяч). Из десяти тысяч запусков Монте-Карло они выбрали наибольшее количество всплесков, обнаруженных в пределах углового круга. Результаты показывают, что только 7 из 4000 случаев бутстрапа имеют 20 GRB в предпочтительном угловом круге.
Некоторые исследования поставили под сомнение существование HCB. Исследование 2016 года показало, что наблюдаемое распределение гамма-всплесков соответствовало тому, что можно было получить из моделирования Монте-Карло, но было ниже порога вероятности 95% (p < .05) значимости, обычно используемого в анализах p -значений . [11] Исследование 2020 года обнаружило еще более высокие уровни вероятности при рассмотрении смещений в статистических тестах и утверждало, что, учитывая использование девяти диапазонов красного смещения, порог вероятности должен быть на самом деле ниже p < 0,05, а не около p < 0,005. [10] В статье 2020 года (первоначальной группы первооткрывателей и других) говорится, что их анализ наиболее надежного текущего набора данных подтверждает существование структуры, но для окончательного решения этого вопроса потребуется спутник THESEUS . [12]
Наш статистический анализ подтверждает наличие кластеризации в самом надежном наборе данных, доступном в настоящее время, ... Из всего этого мы делаем вывод, что Великая стена Геркулеса-Северной Короны действительно может быть крупнейшей структурой во Вселенной, но чтобы иметь возможность окончательно решить, является ли она на самом деле существует, нам нужен ТЕЗИС.
