本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗，题图来自：NASA
根据宇宙学标准模型，科学家预计随着时间的推移，宇宙中的大尺度结构会以一定的速度增长，像星系团等稠密区将变得更加密集，而空间里的巨洞将会变得更空。然而，一项新发表于《物理评论快报》上的研究却发现，这种增长的速度比预期的还要慢。
大尺度结构增长比预期慢
在宇宙中，星系的分布不是随机的，而是倾向于聚集在一起，编织成一张巨大的宇宙网。这张宇宙网始于早期宇宙中很小的一个物质团，它在引力的相互作用下，从局部区域吸引并积累越来越多的物质，随着这个区域变得越来越稠密，逐渐成长为一个一个的星系，最终成为星系团和纤维。
宇宙不仅是由物质构成的，还包含一种被称为暗能量的神秘成分。暗能量加速了宇宙在全局范围内的膨胀，它对大型结构产生了与引力相反的影响。
可以说，宇宙的演化在很大程度上就是由这两股相互“抗争”的力量推拉控制的——引力就像一个放大器，它使物质增长为大尺度结构；而暗能量就像一个衰减器，它抑制、减缓这种结构的增长。研究宇宙结构是如何聚集和增长的，有助于天文学家理解引力和暗能量的本质。
根据目前最被广泛接受的宇宙结构和演化模型，即所谓的ΛCDM模型，随着时间的推移，星系的宇宙网会变得越来越稠密，而没有物质的宇宙巨洞会越大越空。
不同探测器的数据
然而，在这项最新的研究中，当天文学家把来自宇宙不同时期的数据结合在一起时却发现，这个结构增长的过程正在以意想不到的速度放缓。虽然宇宙网的密度的确变得越来越大，巨洞也越来越大、越来越空，但其变化速度并不像ΛCDM模型所预测的那样快。
他们首先使用了来自宇宙微波背景（CMB）的数据。宇宙微波背景是由大爆炸后遗留的光形成的，这些光子为我们提供了早期宇宙的快照。当它们抵达我们的望远镜时，其路径可能会被沿途的一些大尺度结构扭曲。通过研究这些光子，研究人员可以推断出我们和宇宙微波背景之间的物质和结构如何分布的。
宇宙微波背景（CMB）是在宇宙大爆炸的38万年后形成的。CMB的传播路径会受到途中遇到的大质量天体（比如星系或暗物质团）的影响。（图/Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation）
研究人员还利用了星系形状的弱引力透镜现象的数据。在这种现象中，来自背景星系的光通过与前景的物质和星系发生引力相互作用而产生畸变。通过分析这些畸变，就可以计算出相关物质的分布。
与CMB的弱引力透镜探测到的物质分布相比，星系的弱引力透镜通常探测到的是更晚期的、更接近现在时的物质分布。为了能够探测到尽可能接近现在的结构增长情况，研究人员进一步利用了近域宇宙中的星系的运动。当星系落入潜在宇宙结构的引力阱时，它们的运动直接反映结构的增长。
结果显示，当观测到的是越接近现在的情况时，大尺度结构的增长率的减缓就更加突出。所有的这些探测数据都显示了同样的事实：大尺度结构的增长受到了抑制。这意味着，要么是所有的这些探测器中都出现了系统误差，要么就是宇宙学标准模型存在一些未知的新物理现象。
未知的问题
这些发现或许也可以解释在过去的宇宙观测中所出现的其他争议，比如宇宙学中的“S8争议”。
S8这一参数反映了宇宙中物质的密度，以及物质聚集的程度。然而，过去两种完全不同的方法却给出了不一致的值。
这种减缓从何而来？宇宙学的标准模型需要做出修正吗？这是目前科学家仍无法回答的问题。要解释这种情况可能需要引入新的场，这意味着新的粒子或新的相互作用。而这一切都还需要更多的观测数据来帮助确认。
参考来源：
https://news.umich.edu/the-universe-caught-suppressing-cosmic-structure-growth/
https://www.newscientist.com/article/2391414-the-universes-evolution-seems-to-be-slowing-and-we-dont-know-why/
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.131.111001
本文来自微信公众号：原理 （ID：principia1687），作者：不二北斗