宇宙團塊或少於預期，暗示演化比想像中更複雜。新研究結合早期與近期觀測，挑戰現有模型。

宇宙是否比我們想像的更加複雜，其物質分佈並非如預期般“團塊化”？一項新研究整合了來自兩項大型巡天觀測的數據，這些數據記錄了宇宙演化的不同篇章，結果初步顯示，在宇宙歷史的某些階段，物質的聚集程度可能低於之前的認識。這一發現似乎在暗示，隨著時間的推移，宇宙的結構變得更加錯綜複雜。

在宇宙的漫長歷史中，強大的力量持續作用於物質，將其塑造成一個日益複雜的結構網路。

現在，由賓夕法尼亞大學的 Joshua Kim 和 Mathew Madhavacheril 以及他們在勞倫斯伯克利國家實驗室的合作者領導的新研究表明，在我們宇宙約138億年的生命歷程中，它似乎變得更加“混亂和複雜”，或者更準確地說，物質在這些年間的分佈，其“團塊化”程度低於預期。

Mathew Madhavacheril 解釋說：“我們的工作交叉關聯了兩種來自互補但又截然不同的巡天項目的數據集。我們發現，在很大程度上，宇宙結構的形成過程與愛因斯坦引力理論的預測驚人地一致。但我們也確實捕捉到了一絲微小的差異，在大約四十億年前的近代宇宙時期，物質的預期團塊化程度與觀測有所出入，這一點值得深入探究。”

這項發表在《宇宙學與天體物理學雜誌》以及預印本伺服器 arXiv 上的研究，其數據源自阿塔卡馬宇宙學望遠鏡(ACT)的最終數據發佈(DR6)和暗能量光譜巡天(DESI)的第一年數據。Mathew Madhavacheril 形容道，將這兩組數據結合起來，讓研究團隊得以層層疊加宇宙的時間維度，就像將古老的宇宙照片透明膠片疊放在近期的照片之上，從而獲得了一個多維度的宇宙視角。

該論文的第一作者、Madhavacheril 研究組的研究生 Joshua Kim 介紹說：“ACT 覆蓋了大約23%的天空，它通過捕捉自大爆炸以來一直在傳播的遙遠而微弱的光線，為我們描繪了宇宙嬰兒時期的景象。這種光在專業上被稱為宇宙微波背景輻射(CMB)，但我們有時也通俗地稱之為‘宇宙的百歲照’，因為它捕捉的是宇宙大約38萬歲時的快照。”

Joshua Kim 進一步解釋，這束古老的光線在宇宙演化過程中穿行的路徑並非直線。宇宙中像星系團這樣巨大、稠密、沉重結構的引力一直在扭曲著 CMB 的路徑，這有點像透過眼鏡看圖像時發生的畸變。這種一百多年前由愛因斯坦首次預測的“引力透鏡效應”，正是宇宙學家們用來推斷宇宙物質分佈和年齡等屬性的關鍵工具。

相比之下，DESI 的數據則提供了宇宙更近期的記錄。DESI 位於亞利桑那州的基特峰國家天文臺，由勞倫斯伯克利國家實驗室運行，它通過研究數百萬個星系，特別是明亮的紅星系(LRGs)的分佈，來繪製宇宙的三維結構圖。這些紅星系如同宇宙中的地標，幫助科學家們追蹤物質在數十億年間是如何擴散分佈的。

“來自 DESI 的紅星系就像是宇宙更近期的照片，向我們展示了不同距離上星系的分佈情況，” Joshua Kim 將這些數據比作“宇宙的高中畢業紀念冊”，“這是一種強大的方式，讓我們能夠看到宇宙結構是如何從早期 CMB 圖景演化到今天星系所處的位置的。”

通過將 ACT 觀測到的 CMB 引力透鏡圖與 DESI 的紅星系數據相結合，研究團隊前所未有地將宇宙的遠古歷史與近代歷史聯繫起來，使他們能夠直接比較早期宇宙和晚期宇宙的測量結果。“這個過程就像一次宇宙級的 CT 掃描，” Mathew Madhavacheril 打比方說，“我們可以觀察宇宙歷史的不同‘切片’，追蹤物質在不同時代是如何聚集在一起的。這讓我們能夠直觀地了解物質的引力影響是如何在數十億年間發生變化的。”

在進行這項對比時，他們注意到了一個微小的不符之處：在宇宙演化的後期，觀測到的物質團塊化程度或密度起伏，與基於早期宇宙模型的預測不太吻合。Joshua Kim 指出，衡量物質密度起伏幅度的關鍵指標 Sigma 8(σ8)的值似乎偏低。較低的 σ8 值意味著物質的聚集程度低於預期，這可能表明宇宙結構的演化並未完全遵循早期宇宙模型所描繪的路徑，暗示著宇宙結構生長的速度可能以現有模型未能完全解釋的方式放緩了。

他解釋說，這種與預期模型輕微的偏差，“其強度還不足以明確指向新的物理學理論，這種偏差完全有可能是偶然出現的。”

但如果這種偏差並非偶然，那麼可能存在某種尚未被認識到的物理機制在調節著宇宙結構的形成和演化。一種可能的假說是，被認為是驅動宇宙加速膨脹的神秘力量——暗能量，可能對宇宙結構形成的影響比我們之前理解的更大。

展望未來，研究團隊將利用更強大的望遠鏡，例如即將建成的西蒙斯天文臺，來以更高的精度改進這些測量，希望能更清晰地揭示宇宙結構的奧秘。

本文譯自 ScienceDaily，由 BALI 編輯發佈。