根據宇宙學標準模型，科學家預計隨著時間的推移，宇宙中的大尺度結構會以一定的速度增長，像星系團等稠密區將變得更加密集，而空間裡的巨洞將會變得更空。然而，一項新發表於《物理評論快報》上的研究卻發現，這種增長的速度比預期的還要慢。
大尺度結構增長比預期慢
在宇宙中，星系的分佈不是隨機的，而是傾向於聚集在一起，編織成一張巨大的宇宙網。這張宇宙網始於早期宇宙中很小的一個物質團，它在引力的相互作用下，從局部區域吸引並積累越來越多的物質，隨著這個區域變得越來越稠密，逐漸成長為一個一個的星系，最終成為星系團和纖維。
宇宙不僅是由物質構成的，還包含一種被稱為暗能量的神秘成分。暗能量加速了宇宙在全局範圍內的膨脹，它對大型結構產生了與引力相反的影響。
可以說，宇宙的演化在很大程度上就是由這兩股相互「抗爭」的力量推拉控制的——引力就像一個放大器，它使物質增長為大尺度結構；而暗能量就像一個衰減器，它抑制、減緩這種結構的增長。研究宇宙結構是如何聚集和增長的，有助於天文學家理解引力和暗能量的本質。
根據目前最被廣泛接受的宇宙結構和演化模型，即所謂的ΛCDM模型，隨著時間的推移，星系的宇宙網會變得越來越稠密，而沒有物質的宇宙巨洞會越大越空。
不同探測器的資料
然而，在這項最新的研究中，當天文學家把把來自宇宙不同時期的資料結合在一起時卻發現，這個結構增長的過程正在以意想不到的速度放緩。雖然宇宙網的密度的確變得越來越大，巨洞也越來越大、越來越空，但其變化速度並不像ΛCDM模型所預測的那樣快。
他們首先使用了來自宇宙微波背景（CMB）的資料。宇宙微波背景是由大爆炸後遺留的光形成的，這些光子為我們提供了早期宇宙的快照。當它們抵達我們的望遠鏡時，其路徑可能會被沿途的一些大尺度結構扭曲。通過研究這些光子，研究人員可以推斷出我們和宇宙微波背景之間的物質和結構如何分佈的。
宇宙微波背景（CMB）是在宇宙大爆炸的38萬年後形成的。CMB的傳播路徑會受到途中遇到的大質量天體（比如星系或暗物質團）的影響。（圖/Lucy Reading-Ikkanda/Simons Foundation）
研究人員還利用了星系形狀的弱引力透鏡現象的資料。在這種現象中，來自背景星系的光通過與前景的物質和星系發生引力相互作用而產生畸變。通過分析這些畸變，就可以計算出相關物質的分佈。
與CMB的弱引力透鏡探測到的物質分佈相比，星系的弱引力透鏡通常探測到的是更晚期的、更接近現在時的物質分佈。為了能夠探測到儘可能接近現在的結構增長情況，研究人員進一步利用了近域宇宙中的星系的運動。當星系落入潛在宇宙結構的引力阱時，它們的運動直接反映結構的增長。
結果顯示，當觀測到的是越接近現在的情況時，大尺度結構的增長率的減緩就更加突出。所有的這些探測資料都顯示了同樣的事實：大尺度結構的增長受到了抑制。這意味著，要麼是所有的這些探測器中都出現了系統誤差，要麼就是宇宙學標準模型存在一些未知的新物理現象。
未知的問題
這些發現或許也可以解釋在過去的宇宙觀測中所出現的其他爭議，比如宇宙學中的「S8爭議」。
S8這一參數反映了宇宙中物質的密度，以及物質聚集的程度。然而，過去兩種完全不同的方法卻給出了不一致的值。
這種減緩從何而來？宇宙學的標準模型需做出修正嗎？這是目前科學家仍無法回答的問題。要解釋這種情況可能需要引入新的場，這意味著新的粒子或新的相互作用。而這一切都還需要更多的觀測資料來幫助確認。
#創作團隊：
撰文：不二北斗
排版：雯雯
#參考來源：
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
#圖片來源：
封面圖&首圖：Minh Nguyen (University of Michigan) & Thanh Nguyen