宇宙被發(fā)現(xiàn)抑制宇宙結(jié)構(gòu)增長
一位藝術(shù)家對早期宇宙中的宇宙物質(zhì)在晚期宇宙中慢慢融合成大型宇宙結(jié)構(gòu)的描繪。圖片來源:uux.cn阮明，現(xiàn)抑密執(zhí)安大學(xué)和阮清成(配偶)
（神秘的制宇宙結(jié)地球uux.cn）據(jù)密歇根大學(xué)：隨著宇宙的演變，科學(xué)家們預(yù)計大型宇宙結(jié)構(gòu)將以一定的構(gòu)增速度增長:致密區(qū)域如星系團(tuán)將變得更加致密，而空間的宇宙空洞將變得更加空虛。
但是現(xiàn)抑密歇根大學(xué)的研究人員發(fā)現(xiàn)，這些大型結(jié)構(gòu)的制宇宙結(jié)增長速度比愛因斯坦的廣義相對論預(yù)測的要慢。
他們還表明，構(gòu)增隨著暗能量加速宇宙的宇宙全球擴(kuò)張，研究人員在他們的現(xiàn)抑?jǐn)?shù)據(jù)中看到的宇宙結(jié)構(gòu)增長的抑制甚至比理論預(yù)測的還要突出。他們的制宇宙結(jié)結(jié)果發(fā)表在《物理評論快報》上。
星系像一張巨大的構(gòu)增宇宙蜘蛛網(wǎng)一樣穿過我們的宇宙。它們的宇宙分布不是隨機(jī)的。相反，現(xiàn)抑它們傾向于聚集在一起。制宇宙結(jié)事實(shí)上，整個宇宙網(wǎng)最初是早期宇宙中微小的物質(zhì)團(tuán)塊，逐漸成長為單個星系，最終形成星系團(tuán)和細(xì)絲。
“在整個宇宙時間里，一個最初很小的質(zhì)量塊通過引力相互作用從其局部區(qū)域吸引并積累了越來越多的物質(zhì)。隨著該區(qū)域變得越來越密集，它最終會在自身重力下坍塌，”該研究的主要作者、U-M物理系博士后研究員阮明說。
“所以當(dāng)它們坍塌時，團(tuán)塊變得更加密集。這就是我們所說的增長。這就像一臺織物織機(jī)，一維、二維和三維折疊看起來像一張紙、一根細(xì)絲和一個節(jié)點(diǎn)。現(xiàn)實(shí)是所有三種情況的混合，你有沿著細(xì)絲生活的星系，而星系團(tuán)——成千上萬個星系的群體，我們宇宙中受引力束縛的最大物體——位于節(jié)點(diǎn)處。”
宇宙不僅由物質(zhì)組成。它還可能包含一種神秘的成分，叫做暗能量。暗能量加速了宇宙在全球范圍內(nèi)的膨脹。隨著暗能量加速宇宙的膨脹，它對大型結(jié)構(gòu)產(chǎn)生了相反的影響。
Nguyen說:“如果引力像一個放大器一樣增強(qiáng)物質(zhì)擾動，使其成長為大規(guī)模結(jié)構(gòu)，那么暗能量就像一個衰減器，抑制這些擾動，減緩結(jié)構(gòu)的增長。”“通過研究宇宙結(jié)構(gòu)如何聚集和增長，我們可以試圖理解重力和暗能量的本質(zhì)。”
Nguyen，大學(xué)物理學(xué)教授Dragan Huterer和大學(xué)研究生Wen利用幾個宇宙探測器研究了宇宙時間內(nèi)大尺度結(jié)構(gòu)的時間增長。
首先，研究小組使用了所謂的宇宙微波背景。宇宙微波背景，或CMB，是由大爆炸后發(fā)出的光子組成的。這些光子提供了早期宇宙的快照。當(dāng)光子行進(jìn)到我們的望遠(yuǎn)鏡時，它們的路徑可能會被沿途的大尺度結(jié)構(gòu)扭曲，或者被引力透鏡化。通過檢查它們，研究人員可以推斷出我們和宇宙微波背景之間的結(jié)構(gòu)和物質(zhì)是如何分布的。
Nguyen和他的同事利用了星系形狀的弱引力透鏡的類似現(xiàn)象。來自背景星系的光通過與前景物質(zhì)和星系的引力相互作用而被扭曲。宇宙學(xué)家隨后解碼這些扭曲，以確定中間物質(zhì)是如何分布的。
“至關(guān)重要的是，由于CMB和背景星系距離我們和我們的望遠(yuǎn)鏡的距離不同，與CMB弱引力透鏡相比，星系弱引力透鏡通常在更晚的時間探測物質(zhì)分布，”Nguyen說。
為了跟蹤結(jié)構(gòu)的發(fā)展到更晚的時間，研究人員進(jìn)一步使用了局部宇宙中星系的運(yùn)動。當(dāng)星系落入底層宇宙結(jié)構(gòu)的重力井中時，它們的運(yùn)動會直接追蹤結(jié)構(gòu)的成長。
Nguyen說:“隨著時間的推移，我們潛在地發(fā)現(xiàn)的這些增長率的差異變得更加突出。”“這些不同的探針單獨(dú)地和共同地表明生長抑制。要么我們在這些探測中遺漏了一些系統(tǒng)誤差，要么我們在我們的標(biāo)準(zhǔn)模型中遺漏了一些新的晚期物理學(xué)。”
這些發(fā)現(xiàn)有可能解決宇宙學(xué)中所謂的S8張力。S8是描述結(jié)構(gòu)生長的參數(shù)。當(dāng)科學(xué)家使用兩種不同的方法來確定S8的值，并且他們不同意時，緊張局勢就出現(xiàn)了。第一種方法使用來自宇宙微波背景的光子，表明S8值高于從星系弱引力透鏡和星系聚集測量中推斷的值。
這兩種方法都不能測量現(xiàn)今的結(jié)構(gòu)增長。取而代之的是，他們在更早的時間探測結(jié)構(gòu)，然后假設(shè)標(biāo)準(zhǔn)模型，將那些測量值外推至現(xiàn)在的時間。宇宙微波背景探測早期宇宙的結(jié)構(gòu)，而星系弱引力透鏡和星系團(tuán)探測晚期宇宙的結(jié)構(gòu)。
根據(jù)Nguyen的說法，研究人員發(fā)現(xiàn)晚期生長抑制將使兩個S8值完全一致。
“我們對異常生長抑制的高度統(tǒng)計學(xué)意義感到驚訝，”哈特勒說。“老實(shí)說，我覺得宇宙在試圖告訴我們一些事情。現(xiàn)在我們宇宙學(xué)家的工作是解釋這些發(fā)現(xiàn)。
“我們希望進(jìn)一步加強(qiáng)增長抑制的統(tǒng)計證據(jù)。我們也想知道更困難的問題的答案，為什么在有暗物質(zhì)和暗能量的標(biāo)準(zhǔn)模型中，結(jié)構(gòu)的成長比預(yù)期的慢。造成這種效應(yīng)的原因可能是由于暗能量和暗物質(zhì)的新穎性質(zhì)，或者是廣義相對論和我們尚未想到的標(biāo)準(zhǔn)模型的某種其他擴(kuò)展。” |
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