宇宙被抓到抑制宇宙结构增长

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，而空间的虚空将变得更加空旷。

但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预测的要慢。

他们还表明，随着暗能量加速宇宙的全球膨胀，研究人员在他们的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。他们的结果发表在《物理评论快报》上。

星系像一个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，整个宇宙网最初是早期宇宙中的微小物质团块，逐渐成长为单个星系，最终形成星系团和细丝。

“在整个宇宙时期，最初的一小团质量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。随着该地区变得越来越密集，它最终会在自身的重力下崩溃，“该研究的主要作者，UM物理系博士后研究员Minh Nguyen说。

“所以当它们坍塌时，团块变得越来越密集。这就是我们所说的增长。它就像一个织物织机，其中一维、二维和三维坍塌看起来像一张纸、一根细丝和一个节点。现实是所有三种情况的混合，你有星系沿着细丝生活，而星系团 – 数千个星系群，我们宇宙中受重力限制的最大质量物体 – 位于节点上。

宇宙不仅由物质组成。它还可能包含一种称为暗能量的神秘成分。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，增强物质扰动以发展成大规模结构，那么暗能量就像衰减器一样抑制这些扰动并减缓结构的增长，”Nguyen说。“通过研究宇宙结构如何聚集和增长，我们可以尝试了解引力和暗能量的本质。

Nguyen，UM物理学教授Dragan Huterer和UM研究生Yuewei Wen使用几个宇宙学探测器研究了整个宇宙时间中大规模结构的时间增长。

首先，该团队使用了所谓的宇宙微波背景。宇宙微波背景（CMB）由大爆炸后发射的光子组成。这些光子提供了早期宇宙的快照。当光子传播到我们的望远镜时，它们的路径可能会被沿途的大尺度结构扭曲或引力透镜。通过研究它们，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及其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扭曲。然后，宇宙学家解码这些扭曲，以确定干预物质是如何分布的。

“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不同，与CMB弱引力透镜探测到的距离相比，星系弱引力透镜通常会在较晚的时间探测物质分布，”Nguyen说。

为了追踪结构的生长到更晚的时间，研究人员进一步使用了星系在局部宇宙中的运动。当星系落入底层宇宙结构的引力井时，它们的运动直接跟踪结构的生长。

“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集体表明生长抑制。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错过了一些新的、晚期的物理学。

这些发现可能解决宇宙学中所谓的S8张力。S8 是描述结构增长的参数。当科学家使用两种不同的方法来确定S8的值时，就会出现紧张关系，他们不同意。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类测量中推断的值。

这些探针都不能测量当今结构的增长。相反，他们在较早的时间探测结构，然后将这些测量值推断到当前时间，假设标准模型。宇宙微波背景探测器结构在早期宇宙，而星系弱引力透镜和聚类探测器结构在宇宙晚期。

Nguyen表示，研究人员关于后期抑制增长的发现将使两个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，我觉得宇宙正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增长抑制的统计证据。我们还想了解一个更困难的问题的答案，即为什么在具有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，或者广义相对论和我们尚未想到的标准模型的其他扩展。