天文
宇宙比我们想象的更加复杂
宇宙团块或少于预期，暗示演化比想象中更复杂。新研究结合早期与近期观测，挑战现有模型。
宇宙是否比我们想象的更加复杂，其物质分布并非如预期般“团块化”？一项新研究整合了来自两项大型巡天观测的数据，这些数据记录了宇宙演化的不同篇章，结果初步显示，在宇宙历史的某些阶段，物质的聚集程度可能低于之前的认识。这一发现似乎在暗示，随着时间的推移，宇宙的结构变得更加错综复杂。
在宇宙的漫长历史中，强大的力量持续作用于物质，将其塑造成一个日益复杂的结构网络。
现在，由宾夕法尼亚大学的 Joshua Kim 和 Mathew Madhavacheril 以及他们在劳伦斯伯克利国家实验室的合作者领导的新研究表明，在我们宇宙约138亿年的生命历程中，它似乎变得更加“混乱和复杂”，或者更准确地说，物质在这些年间的分布，其“团块化”程度低于预期。
Mathew Madhavacheril 解释说：“我们的工作交叉关联了两种来自互补但又截然不同的巡天项目的数据集。我们发现，在很大程度上，宇宙结构的形成过程与爱因斯坦引力理论的预测惊人地一致。但我们也确实捕捉到了一丝微小的差异，在大约四十亿年前的近代宇宙时期，物质的预期团块化程度与观测有所出入，这一点值得深入探究。”
这项发表在《宇宙学与天体物理学杂志》以及预印本服务器 arXiv 上的研究，其数据源自阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)的最终数据发布(DR6)和暗能量光谱巡天(DESI)的第一年数据。Mathew Madhavacheril 形容道，将这两组数据结合起来，让研究团队得以层层叠加宇宙的时间维度，就像将古老的宇宙照片透明胶片叠放在近期的照片之上，从而获得了一个多维度的宇宙视角。
该论文的第一作者、Madhavacheril 研究组的研究生 Joshua Kim 介绍说：“ACT 覆盖了大约23%的天空，它通过捕捉自大爆炸以来一直在传播的遥远而微弱的光线，为我们描绘了宇宙婴儿时期的景象。这种光在专业上被称为宇宙微波背景辐射(CMB)，但我们有时也通俗地称之为‘宇宙的百岁照’，因为它捕捉的是宇宙大约38万岁时的快照。”
Joshua Kim 进一步解释，这束古老的光线在宇宙演化过程中穿行的路径并非直线。宇宙中像星系团这样巨大、稠密、沉重结构的引力一直在扭曲着 CMB 的路径，这有点像透过眼镜看图像时发生的畸变。这种一百多年前由爱因斯坦首次预测的“引力透镜效应”，正是宇宙学家们用来推断宇宙物质分布和年龄等属性的关键工具。
相比之下，DESI 的数据则提供了宇宙更近期的记录。DESI 位于亚利桑那州的基特峰国家天文台，由劳伦斯伯克利国家实验室运行，它通过研究数百万个星系，特别是明亮的红星系(LRGs)的分布，来绘制宇宙的三维结构图。这些红星系如同宇宙中的地标，帮助科学家们追踪物质在数十亿年间是如何扩散分布的。
“来自 DESI 的红星系就像是宇宙更近期的照片，向我们展示了不同距离上星系的分布情况，” Joshua Kim 将这些数据比作“宇宙的高中毕业纪念册”，“这是一种强大的方式，让我们能够看到宇宙结构是如何从早期 CMB 图景演化到今天星系所处的位置的。”
通过将 ACT 观测到的 CMB 引力透镜图与 DESI 的红星系数据相结合，研究团队前所未有地将宇宙的远古历史与近代历史联系起来，使他们能够直接比较早期宇宙和晚期宇宙的测量结果。“这个过程就像一次宇宙级的 CT 扫描，” Mathew Madhavacheril 打比方说，“我们可以观察宇宙历史的不同‘切片’，追踪物质在不同时代是如何聚集在一起的。这让我们能够直观地了解物质的引力影响是如何在数十亿年间发生变化的。”
在进行这项对比时，他们注意到了一个微小的不符之处：在宇宙演化的后期，观测到的物质团块化程度或密度起伏，与基于早期宇宙模型的预测不太吻合。Joshua Kim 指出，衡量物质密度起伏幅度的关键指标 Sigma 8(σ8)的值似乎偏低。较低的 σ8 值意味着物质的聚集程度低于预期，这可能表明宇宙结构的演化并未完全遵循早期宇宙模型所描绘的路径，暗示着宇宙结构生长的速度可能以现有模型未能完全解释的方式放缓了。
他解释说，这种与预期模型轻微的偏差，“其强度还不足以明确指向新的物理学理论，这种偏差完全有可能是偶然出现的。”
但如果这种偏差并非偶然，那么可能存在某种尚未被认识到的物理机制在调节着宇宙结构的形成和演化。一种可能的假说是，被认为是驱动宇宙加速膨胀的神秘力量——暗能量，可能对宇宙结构形成的影响比我们之前理解的更大。
展望未来，研究团队将利用更强大的望远镜，例如即将建成的西蒙斯天文台，来以更高的精度改进这些测量，希望能更清晰地揭示宇宙结构的奥秘。
本文译自 ScienceDaily，由 BALI 编辑发布。
