随着宇宙的演变，科学家们预测大型宇宙结构将以一定的速度扩展：星系团等密集区域将愈加密集，而空旷的空间则会变得更加空旷。
然而，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的广义相对论所预期的要慢。
他们还指出，由于暗能量加速了宇宙的整体膨胀，研究人员在数据中观察到的宇宙结构增长的抑制现象甚至比理论预测的更加明显。这项研究成果已发表在《物理评论快报》上。
星系如同一张巨大的宇宙蜘蛛网，贯穿着我们的宇宙。它们的分布并非随机，而是倾向于聚集在一起。实际上，整个宇宙网起源于早期宇宙中的微小物质团块，逐渐演变为单个星系，最终形成星系团和细丝。
“在宇宙的演化过程中，一个最初很小的质量团通过引力相互作用，从其局部区域吸引并积累越来越多的物质。”该研究的第一作者、密歇根大学物理系博士后Minh Nguyen表示：“随着该区域的密度增加，它最终会在自身引力的作用下坍塌。”
“因此，当它们坍塌时，团块的密度会增加。这就是我们所说的增长。它就像一台织布机，其中一维、二维和三维的折叠分别呈现为一张纸、一根细丝和一个节点。实际上，这三种情况是混合的，星系沿着细丝存在，而星系团——由数千个星系组成的群体，是我们宇宙中最大的物体——则位于节点上。”
宇宙不仅由物质构成，还可能包含一种被称为暗能量的神秘成分。暗能量加速了宇宙的整体膨胀，并对大型结构产生了相反的影响。
“如果重力像一个放大器，增强物质扰动，使其发展为大规模结构，那么暗能量就像一个衰减器，抑制这些扰动，减缓结构的增长。”Nguyen说。“通过研究宇宙结构的聚集和增长，我们可以尝试理解引力和暗能量的本质。”
阮、密歇根大学物理学教授Dragan Huterer和密歇根大学研究生wenyuewei使用多个宇宙探测器研究宇宙时间中大尺度结构的演变。
首先，研究小组利用了所谓的宇宙微波背景。宇宙微波背景（CMB）是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。当光子到达我们的望远镜时，它们的路径可能会被沿途的大规模结构扭曲或引力透镜。通过对这些光子的研究，研究人员可以推断出我们与宇宙微波背景之间的结构和物质分布。
Nguyen和他的同事利用了星系形状的弱引力透镜现象。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发生扭曲。然后，宇宙学家解码这些扭曲，以确定介入物质的分布。
“至关重要的是，由于CMB和背景星系与我们和望远镜的距离不同，星系弱引力透镜通常在较晚的时间探测物质分布，而CMB探测的物质分布则较早。”Nguyen说。
为了在更晚的时间追踪结构的增长，研究人员进一步利用了当地宇宙中星系的运动。当星系落入潜在宇宙结构的引力井时，它们的运动直接反映了结构的增长。
“随着我们接近今天，这些增长率的差异可能会变得更加明显。”Nguyen说。“这些不同的探针单独和共同表明生长抑制。要么我们在每个探测器中遗漏了一些系统误差，要么我们在标准模型中遗漏了一些新的、晚期的物理现象。”
这些发现可能解决了宇宙学中所谓的S8张力。S8是描述结构增长的参数。当科学家们用两种不同的方法来确定S8的值时，矛盾就产生了，且他们的意见不一。第一种方法使用来自宇宙微波背景的光子，表明S8值比从星系弱引力透镜和星系团测量推断的值更高。
这两种探测器都没有测量到今天结构的增长。相反，他们探测早期的结构，然后将这些测量结果外推到现在，假设标准模型。宇宙微波背景探测早期宇宙的结构，而星系弱引力透镜和星系团探测晚期宇宙的结构。
根据Nguyen的说法，研究人员关于生长后期抑制的发现将使两个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，我觉得宇宙在试图告诉我们一些事情。现在我们宇宙学家的任务就是解释这些发现。”
“我们希望进一步加强对增长抑制的统计证据。我们也想知道另一个更复杂的问题的答案，那就是为什么在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，或者是广义相对论和标准模型的其他一些我们尚未想到的延伸。”
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希望本篇文章《宇宙逐渐限制结构的扩展》能对你有所帮助！
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