艺术家描绘的早期宇宙中的物质在后期宇宙中慢慢融合成大的宇宙结构。资料来源:Minh Nguyen，密歇根大学和Thanh Nguyen(配偶)
科学家们发现，宇宙结构的增长速度比爱因斯坦广义相对论所预测的要慢，而暗能量的抑制作用比之前认为的要大。这一发现可能会重塑我们对暗物质、暗能量和基本宇宙理论的理解。
随着宇宙的演化，科学家们预计大型宇宙结构将以一定的速度增长:星系团等密集区域将变得更加密集，而空间的空虚将变得更加空虚。
然而，密歇根大学的研究人员发现，这些大型结构的生长速度比爱因斯坦广义相对论所预测的要慢。
他们还表明，由于暗能量加速了宇宙的全球膨胀，研究人员在数据中看到的对宇宙结构增长的抑制甚至比理论预测的更为突出。他们的研究结果发表在9月11日的《物理评论快报》上。
宇宙网
星系像一张巨大的宇宙蜘蛛网一样贯穿我们的宇宙。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，整个宇宙网开始于早期宇宙中的微小物质团块，逐渐成长为单个星系，最终成为星系团和细丝。
“在整个宇宙时间里，一个最初很小的质量团通过引力相互作用从其局部区域吸引并积累越来越多的物质。该研究的第一作者、密歇根大学物理系博士后Minh Nguyen说:“随着该地区变得越来越密集，它最终会在自己的引力下坍塌。”
“所以当它们坍塌时，团块变得更密。这就是我们所说的增长。它就像一台织物织布机，其中一维、二维和三维的折叠看起来像一张纸、一根细丝和一个节点。现实情况是这三种情况的混合，星系沿着细丝生活，而星系团——由数千个星系组成的群体，我们宇宙中最大的物体——位于节点上。”
暗能量和宇宙膨胀
宇宙不仅是由物质构成的。它还可能包含一种叫做暗能量的神秘成分。暗能量加速了宇宙在全球范围内的膨胀。由于暗能量加速了宇宙的膨胀，它对大型结构产生了相反的影响。
“如果重力就像一个放大器，增强物质扰动，使其成长为大规模的结构，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，”Nguyen说。“通过研究宇宙结构是如何聚集和增长的，我们可以尝试理解引力和暗能量的本质。”
方法论与探针
阮，密歇根大学物理学教授Dragan Huterer和密歇根大学研究生wenyuewei使用几个宇宙探测器检查了宇宙时间中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，简称CMB，是由大爆炸后发射的光子组成的。这些光子提供了早期宇宙的快照。当光子到达我们的望远镜时，它们的路径可能会被沿途的大规模结构扭曲或引力透镜。通过对它们的研究，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扭曲。然后宇宙学家解码这些扭曲，以确定介入物质的分布。
“至关重要的是，由于CMB和背景星系距离我们和望远镜的距离不同，与CMB弱引力透镜探测的物质分布相比，星系弱引力透镜通常在晚些时候探测物质分布，”Nguyen说。
为了在更晚的时间内追踪结构的增长，研究人员进一步利用了当地宇宙中星系的运动。当星系落入潜在宇宙结构的引力井时，它们的运动直接跟踪结构的增长。
“随着我们接近今天，我们可能发现的这些增长率的差异变得更加突出，”Nguyen说。“这些不同的探针单独和共同表明生长抑制。要么我们在每个探测器中都遗漏了一些系统误差，要么我们在标准模型中遗漏了一些新的、晚期的物理现象。”
解决S8的紧张局势
这些发现可能解决了宇宙学中所谓的S8张力。S8是描述结构生长的参数。当科学家们用两种不同的方法来确定S8的值时，矛盾就产生了，而且他们意见不一。第一种方法，使用来自宇宙微波背景的光子，表明S8值比从星系弱引力透镜和星系群集测量推断的值更高。
这两种探测器都没有测量到今天结构的增长。相反，他们探测早期的结构，然后将这些测量结果外推到现在，假设标准模型。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，研究人员关于生长后期抑制的发现将使两个S8值完全一致。
“我们对异常生长抑制的高统计意义感到惊讶，”Huterer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就是解释这些发现。
“我们希望进一步加强对增长抑制的统计证据。我们也想知道另一个更困难的问题的答案，那就是为什么在暗物质和暗能量的标准模型中，结构的增长速度比预期的要慢。这种效应的原因可能是由于暗能量和暗物质的新特性，或者是广义相对论和标准模型的其他一些我们尚未想到的延伸。”
参考文献:“调和宇宙学模型中抑制结构增长的证据”，nhath - minh Nguyen, Dragan Huterer和wenyuewei, 2023年9月11日，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.131.111001
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希望本篇文章《宇宙违背爱因斯坦的预言：宇宙结构的增长被神秘地抑制了》能对你有所帮助！
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