宇宙被发现抑制宇宙结构增长

　　一位艺术家对早期宇宙中的物质在晚期宇宙中慢慢融合成大型宇宙结构的描绘。图片来源:uux.cn阮明，密执安大学和阮清成(配偶)

　　据密歇根大学：随着宇宙的演变，科学家们预计大型宇宙结构将以一定的速度增长:致密区域如星系团将变得更加致密，而空间的空洞将变得更加空虚。

　　但是密歇根大学的研究人员发现，这些大型结构的增长速度比爱因斯坦的广义相对论预测的要慢。

　　他们还表明，随着暗能量加速宇宙的全球扩张，研究人员在他们的数据中看到的宇宙结构增长的抑制甚至比理论预测的还要突出。他们的结果发表在《物理评论快报》上。

　　星系像一张巨大的宇宙蜘蛛网一样穿过我们的宇宙。它们的分布不是随机的。相反，它们倾向于聚集在一起。事实上，整个宇宙网最初是早期宇宙中微小的物质团块，逐渐成长为单个星系，最终形成星系团和细丝。

　　“在整个宇宙时间里，一个最初很小的质量块通过引力相互作用从其局部区域吸引并积累了越来越多的物质。随着该区域变得越来越密集，它最终会在自身重力下坍塌，”该研究的主要作者、U-M物理系博士后研究员阮明说。

　　“所以当它们坍塌时，团块变得更加密集。这就是我们所说的增长。这就像一台织物织机，一维、二维和三维折叠看起来像一张纸、一根细丝和一个节点。现实是所有三种情况的混合，你有沿着细丝生活的星系，而星系团——成千上万个星系的群体，我们宇宙中受引力束缚的最大物体——位于节点处。”

　　宇宙不仅由物质组成。它还可能包含一种神秘的成分，叫做暗能量。暗能量加速了宇宙在全球范围内的膨胀。随着暗能量加速宇宙的膨胀，它对大型结构产生了相反的影响。

　　Nguyen说:“如果引力像一个放大器一样增强物质扰动，使其成长为大规模结构，那么暗能量就像一个衰减器，抑制这些扰动，减缓结构的增长。”“通过研究宇宙结构如何聚集和增长，我们可以试图理解重力和暗能量的本质。”

　　Nguyen，大学物理学教授Dragan Huterer和大学研究生Wen利用几个宇宙探测器研究了宇宙时间内大尺度结构的时间增长。

　　首先，研究小组使用了所谓的宇宙微波背景。宇宙微波背景，或CMB，是由大爆炸后发出的光子组成的。这些光子提供了早期宇宙的快照。当光子行进到我们的望远镜时，它们的路径可能会被沿途的大尺度结构扭曲，或者被引力透镜化。通过检查它们，研究人员可以推断出我们和宇宙微波背景之间的结构和物质是如何分布的。

　　Nguyen和他的同事利用了星系形状的弱引力透镜的类似现象。来自背景星系的光通过与前景物质和星系的引力相互作用而被扭曲。宇宙学家随后解码这些扭曲，以确定中间物质是如何分布的。

　　“至关重要的是，由于CMB和背景星系距离我们和我们的望远镜的距离不同，与CMB弱引力透镜相比，星系弱引力透镜通常在更晚的时间探测物质分布，”Nguyen说。

　　为了跟踪结构的发展到更晚的时间，研究人员进一步使用了局部宇宙中星系的运动。当星系落入底层宇宙结构的重力井中时，它们的运动会直接追踪结构的成长。

　　Nguyen说:“随着时间的推移，我们潜在地发现的这些增长率的差异变得更加突出。”“这些不同的探针单独地和共同地表明生长抑制。要么我们在这些探测中遗漏了一些系统误差，要么我们在我们的标准模型中遗漏了一些新的晚期物理学。”

　　这些发现有可能解决宇宙学中所谓的S8张力。S8是描述结构生长的参数。当科学家使用两种不同的方法来确定S8的值，并且他们不同意时，紧张局势就出现了。第一种方法使用来自宇宙微波背景的光子，表明S8值高于从星系弱引力透镜和星系聚集测量中推断的值。

　　这两种方法都不能测量现今的结构增长。取而代之的是，他们在更早的时间探测结构，然后假设标准模型，将那些测量值外推至现在的时间。宇宙微波背景探测早期宇宙的结构，而星系弱引力透镜和星系团探测晚期宇宙的结构。

　　根据Nguyen的说法，研究人员发现晚期生长抑制将使两个S8值完全一致。

　　“我们对异常生长抑制的高度统计学意义感到惊讶，”哈特勒说。“老实说，我觉得宇宙在试图告诉我们一些事情。现在我们宇宙学家的工作是解释这些发现。

　　“我们希望进一步加强增长抑制的统计证据。我们也想知道更困难的问题的答案，为什么在有暗物质和暗能量的标准模型中，结构的成长比预期的慢。造成这种效应的原因可能是由于暗能量和暗物质的新颖性质，或者是广义相对论和我们尚未想到的标准模型的某种其他扩展。”