البنية واسعة النطاق للكون

يُستخدم مصطلح "البنية واسعة النطاق للكون" في علم الكونيات لوصف خصائص توزيع المادة على مستوى الكون المرئي بأكمله . وقد أسفرت المسوحات السماوية ورسم خرائط نطاقات الأطوال الموجية المختلفة للإشعاع الكهرومغناطيسي (وخاصةً انبعاث 21 سم ) عن معلومات غزيرة حول محتوى وخصائص بنية الكون . ويبدو أن تنظيم البنية يتبع نموذجًا هرميًا ، حيث يصل التنظيم إلى مستوى العناقيد المجرية العملاقة والخيوط الكونية . أما على نطاقات أكبر من ذلك (بين 30 و200 ميغابارسيك)، ^{[ 1 ]} فيبدو أنه لا توجد بنية متصلة، وهي ظاهرة تُعرف باسم " نهاية العظمة" . ^{[ 2 ]} ويمكن تلخيص شكل البنية واسعة النطاق بواسطة طيف قدرة المادة .

يمكن القول إن تنظيم البنية الكونية يبدأ على المستوى النجمي، مع أن معظم علماء الكونيات نادرًا ما يتناولون الفيزياء الفلكية على هذا النطاق. تتجمع النجوم في مجرات ، والتي بدورها تُشكّل مجموعات مجرية ، وعناقيد مجرية ، وعناقيد مجرية عملاقة ، وصفائح، وجدران، وخيوطًا ، تفصل بينها فراغات هائلة ، مُكوّنةً بنيةً واسعةً تُشبه الرغوة ^{[ 5 ]} تُسمى أحيانًا "الشبكة الكونية". قبل عام 1989، كان يُفترض عمومًا أن العناقيد المجرية المتوازنة ديناميكيًا هي أكبر البنى الموجودة، وأنها موزعة بشكل متجانس تقريبًا في جميع أنحاء الكون في كل الاتجاهات. مع ذلك، ومنذ أوائل ثمانينيات القرن الماضي، تم اكتشاف المزيد والمزيد من البنى. في عام 1983، حدد أدريان ويبستر مجموعة ويبستر الكبيرة من الكوازارات (Webster LQG) ، وهي مجموعة كبيرة من الكوازارات تتكون من 5 كوازارات. كان هذا الاكتشاف أول تحديد لبنية واسعة النطاق، وقد وسّع المعلومات حول التجمعات المعروفة للمادة في الكون.

في عام 1987، اكتشف روبرت برنت تولي عنقود بيسيس-سيتوس المجري العملاق ، وهو خيط مجري يضم مجرتنا درب التبانة ، ويبلغ قطره حوالي مليار سنة ضوئية. وفي العام نفسه، اكتُشفت منطقة شاسعة بشكل غير عادي ذات توزيع مجرّي أقل بكثير من المتوسط، وهي الفراغ العملاق ، الذي يبلغ قطره 1.3 مليار سنة ضوئية. واستنادًا إلى بيانات مسح الانزياح الأحمر ، اكتشف مارغريت جيلر وجون هوشرا في عام 1989 ما يُعرف بـ" السور العظيم " ^{[ 6 ]} ، وهو عبارة عن صفيحة من المجرات يزيد طولها عن 500 مليون سنة ضوئية وعرضها عن 200 مليون سنة ضوئية، بينما لا يتجاوز سمكها 15 مليون سنة ضوئية. وقد غاب هذا التركيب عن الأنظار لفترة طويلة لأنه يتطلب تحديد مواقع المجرات في ثلاثة أبعاد، وهو ما يستلزم دمج معلومات الموقع مع معلومات المسافة المستمدة من الانزياحات الحمراء .

بعد عامين، اكتشف الفلكيان روجر ج. كلوز ولويس إي. كامبوسانو مجموعة كلوز-كامبوسانو الكبيرة من الكوازارات ، والتي يبلغ قطرها ملياري سنة ضوئية عند أوسع نقطة، وكانت أكبر بنية معروفة في الكون وقت الإعلان عنها. وفي أبريل 2003، تم اكتشاف بنية أخرى واسعة النطاق، وهي جدار سلون العظيم . وفي أغسطس 2007، تم رصد فراغ هائل محتمل في كوكبة النهر . ^{[ 7 ]} ويتزامن هذا مع " البقعة الباردة لإشعاع الخلفية الكونية الميكروي "، وهي منطقة باردة في سماء الموجات الميكروية، ويُعدّ وجودها مستبعدًا للغاية وفقًا للنموذج الكوني السائد حاليًا. قد يتسبب هذا الفراغ الهائل في ظهور البقعة الباردة، ولكن لكي يحدث ذلك، يجب أن يكون حجمه هائلًا بشكل غير محتمل، ربما يصل قطره إلى مليار سنة ضوئية، أي بحجم الفراغ العملاق المذكور أعلاه تقريبًا.

ومن الهياكل واسعة النطاق الأخرى مجموعة SSA22 Protocluster ، وهي عبارة عن مجموعة من المجرات وفقاعات الغاز الهائلة التي يبلغ قطرها حوالي 200 مليون سنة ضوئية.

في عام 2011، تم اكتشاف مجموعة كبيرة من الكوازارات، U1.11 ، يبلغ قطرها حوالي 2.5 مليار سنة ضوئية. وفي 11 يناير 2013، تم اكتشاف مجموعة كبيرة أخرى من الكوازارات، Huge-LQG ، والتي بلغ قطرها أربعة مليارات سنة ضوئية، وكانت أكبر بنية معروفة في الكون آنذاك. ^{[ 8 ]} وفي نوفمبر 2013، اكتشف علماء الفلك جدار هرقل-كورونا بورياليس العظيم ، ^{[ 9 ] [ 10 ]} وهو بنية أكبر بمرتين من سابقتها. وقد تم تحديدها من خلال رسم خرائط لانفجارات أشعة غاما . ^{[ 9 ] [ 11 ]}

في عام 2021، أعلنت الجمعية الفلكية الأمريكية عن اكتشاف القوس العملاق ؛ وهو عبارة عن سلسلة من المجرات على شكل هلال تمتد على طول 3.3 مليار سنة ضوئية، وتقع على بعد 9.2 مليار سنة ضوئية من الأرض في كوكبة العواء ، وذلك من خلال عمليات الرصد التي التقطها مسح سلون الرقمي للسماء . ^{[ 12 ]}

يُطلق مصطلح "نهاية العظمة" أحيانًا على نطاق رصدي يبلغ حوالي 100 مليون فرسخ فلكي ( ما يقارب 300 مليون سنة ضوئية)، حيث تتجانس وتتساوى فيه التكتلات المرئية في البنية واسعة النطاق للكون وفقًا للمبدأ الكوني . [ 13 ] ^{ويتم تحديد كمية} هذه "التكتلات" بحساب البعد الكسري من خلال عمليات الرصد. ^{[ 14 ] [ 15 ]} أما التجمعات المجرية العملاقة والخيوط المجرية التي تُرى في المسوحات الأصغر حجمًا، فتصبح عشوائية لدرجة تجعل التوزيع السلس للكون واضحًا للعيان. ولم يتسنَّ رصد هذا النطاق بدقة إلا بعد اكتمال مسوحات الانزياح الأحمر في تسعينيات القرن الماضي. ^{[ 2 ]} 

من المؤشرات الأخرى على وجود بنية واسعة النطاق ما يُعرف بـ" غابة ليمان-ألفا ". وهي عبارة عن مجموعة من خطوط الامتصاص التي تظهر في أطياف الضوء المنبعث من الكوازارات ، والتي تُفسَّر على أنها تدل على وجود طبقات رقيقة ضخمة من الغاز بين المجرات (معظمه هيدروجين ). ويبدو أن هذه الطبقات تنهار لتُشكِّل خيوطًا، والتي بدورها تُغذي المجرات أثناء نموها عند تقاطع هذه الخيوط أو عند كثافتها. وكان من أوائل الأدلة المباشرة على وجود هذه الشبكة الكونية من الغاز، رصد علماء الفلك من مركز ريكين للأبحاث الرائدة في اليابان وجامعة دورهام في المملكة المتحدة، في عام 2019، ضوءًا من ألمع جزء من هذه الشبكة، مُحيطًا ومُضاءً بعنقود من المجرات المتشكلة، والذي يعمل كضوء كاشف لتألق الهيدروجين في الوسط بين العناقيد عبر انبعاثات ليمان-ألفا. ^{[ 17 ] [ 18 ]}

في عام 2021، أبلغ فريق دولي، بقيادة رولاند بيكون من مركز ليون للأبحاث الفيزيائية الفلكية (فرنسا)، عن أول رصد لانبعاث خط لايمان-ألفا الممتد والمنتشر من الانزياح الأحمر 3.1 إلى 4.5، والذي تتبع عدة خيوط من الشبكة الكونية على نطاقات تتراوح بين 2.5 و4 ميغا فرسخ فلكي (ميغا فرسخ فلكي متحرك)، في بيئات خيطية خارج الهياكل الضخمة النموذجية لعقد الشبكة. ^{[ 19 ]} 

يتطلب وصف البنى على نطاق كوني بعض الحذر، لأنها غالبًا ما تختلف عن مظهرها الحقيقي. قد تجعل عدسة الجاذبية الصورة تبدو وكأنها قادمة من اتجاه مختلف عن مصدرها الحقيقي، عندما تُقوّس الأجسام الأمامية الزمكان المحيط بها (كما تنبأت به النسبية العامة ) وتُحرف أشعة الضوء المارة. ومن المفيد أن عدسة الجاذبية القوية قد تُكبّر المجرات البعيدة أحيانًا، مما يُسهّل رصدها. كما أن عدسة الجاذبية الضعيفة الناتجة عن الكون المحيط تُغيّر بشكل طفيف البنية واسعة النطاق المرصودة.

يبدو التركيب الكوني واسع النطاق مختلفًا أيضًا عند استخدام الانزياح الأحمر فقط لقياس المسافات إلى المجرات. فعلى سبيل المثال، تنجذب المجرات الواقعة خلف عنقود مجري نحوه، فتسقط باتجاهه، وبالتالي يظهر انزياحها نحو الأزرق (مقارنةً بما ستكون عليه لو لم يكن هناك عنقود). أما في الجانب القريب، فتظهر الأجسام منزاحةً نحو الأحمر. وهكذا، تبدو بيئة العنقود ضيقةً نوعًا ما عند استخدام الانزياح الأحمر لقياس المسافة. ويُلاحظ التأثير المعاكس على المجرات الموجودة داخل العنقود: إذ تتحرك المجرات حركةً عشوائيةً حول مركز العنقود، وعند تحويل هذه الحركات العشوائية إلى انزياحات حمراء، يبدو العنقود مُستطيلًا. وهذا ما يُشكّل " إصبع الله " - وهم سلسلة طويلة من المجرات تُشير إلى الأرض.

في مركز عنقود هيدرا-قنطورس المجري العظيم ، يؤثر شذوذ جاذبي يُسمى الجاذب العظيم على حركة المجرات في منطقة تمتد لمئات الملايين من السنين الضوئية. جميع هذه المجرات مُزاحة نحو الأحمر ، وفقًا لقانون هابل . يشير هذا إلى أنها تبتعد عنا وعن بعضها البعض، لكن التغيرات في انزياحها نحو الأحمر كافية للكشف عن وجود تركيز كتلي يُعادل عشرات الآلاف من المجرات.

يقع الجاذب العظيم ، الذي اكتُشف عام 1986، على بُعد يتراوح بين 150 و250 مليون سنة ضوئية باتجاه كوكبتي الشجاع وقنطورس . وتنتشر في جواره مجرات قديمة ضخمة، كثير منها يصطدم بجيرانه أو يُشع كميات كبيرة من الموجات الراديوية.

في عام 1987، حدد عالم الفلك ر. برنت تولي من معهد علم الفلك بجامعة هاواي ما أسماه مجمع العنقود المجري العملاق بيسيس-سيتوس ، وهو هيكل يبلغ طوله مليار سنة ضوئية وعرضه 150 مليون سنة ضوئية، والذي زعم أنه يحتوي على العنقود المجري العملاق المحلي. ^{[ 20 ]}

• قائمة بأكبر الهياكل الكونية
• علم الفلك المحلي