自20年初以來泰國 幾個世紀以來，科學家們收集了令人信服的證據，證明宇宙正在膨脹，而且這種膨脹正在加速。造成這種加速度的力稱為 暗能量這是時空的一個神秘屬性，人們認為它可以將星系分開。幾十年來，被稱為拉姆達冷暗物質（ΛCDM）的宇宙學模型假設暗能量在整個宇宙歷史中保持恆定。這個簡單但有力的假設是現代宇宙學的基礎。然而，一個關鍵問題仍未解決：如果暗能量隨著時間的推移而變化，會發生什麼？而不是常數？
最近的觀察開始挑戰這一長期存在的觀點。這些數據來自暗能量光譜儀（DESI），這是一個繪製整個宇宙星系分佈圖的先進項目。指出了可能性 動態暗能量 組件（DDE），這一發現將標誌著標準ΛCDM模型的重大轉變，儘管它指出了一個更複雜和不斷發展的宇宙故事。但它也揭示了理解上的一個關鍵差距：依賴時間的暗能量如何塑造宇宙結構的形成和增長仍不清楚。
模擬不斷演化的宇宙
為了探索這個謎團，由日本千葉大學數字化轉型優化委員會副教授 Tomoaki Ishiyama 領導的團隊進行了有史以來最全面的宇宙學模擬。合作者包括西班牙安達盧西亞天文研究所的弗朗西斯科·普拉達（Francisco Prada）和美國新墨西哥州立大學的阿納托利·A·克萊平（Anatoly A. Klypin）。他們的研究發表在 體格檢查D （第 112 卷，第 4 期）研究隨時間變化的暗能量如何影響宇宙的演化並幫助解釋未來的天文觀測。
研究人員使用日本旗艦超級計算機進行了三個大型高分辨率 N 體模擬，每個模擬的計算量是之前工作的八倍。一項模擬遵循標準 Planck-2018 ΛCDM 模型，而另外兩項則採用了動態暗能量。將固定參數的 DDE 模型與標準模型進行比較時。他們能夠隔離暗能量成分改變的影響。第三次模擬使用從 DESI 第一年的數據中提取的參數，揭示瞭如果暗能量確實隨時間變化，“更新的”宇宙學模型可能會如何表現。
微小的變化如何重塑宇宙
結果表明，僅暗能量變化的影響就相當微妙。然而，當研究人員調整宇宙學參數以匹配 DESI 數據，特別是將物質密度增加約 10% 時，差異是巨大的。較高的物質密度會增強重力。這加速了大型星系團的形成。在這種情況下，基於 DESI 的 DDE 模型預測了早期宇宙中存在大型星團。比標準型號多70%。這些星團形成了宇宙的框架，星系和星系團聚集在一起。
團隊也進行了檢查。 重子聲振動 (BAO)——早期宇宙中聲波留下的模式，在 DESI 派生的 DDE 模擬中，BAO 的最大值移動了 3.71% 至較小的水平。這與實際 DESI 觀察結果非常吻合。這種強烈的一致性證實了該模型不僅反映了理論預測。但它也對應於現實世界的數據。
繪製星系團和宇宙結構
研究人員還分析了星系在整個宇宙中如何聚集。基於 DESI 的 DDE 模型產生的簇比標準 ΛCDM 模型明顯更強。尤其是在較小的規模上。改進的聚類是物質密度更高的直接結果。放大了引力。模擬和觀測之間的緊密匹配支持了動態暗能量模型的有效性。
總的來說，該團隊的發現揭示了暗能量和物質密度如何塑造宇宙的大尺度結構。 “我們的大規模模擬表明，宇宙學參數的變化尤其是宇宙中物質的密度。它對結構形成的影響比單獨的 DDE 成分更大，”石山博士說。
為下一代宇宙探索做準備
隨著新的觀測活動即將到來，這些模擬將在解釋結果方面發揮關鍵作用。 “在不久的將來，斯巴魯 Prime Focus 攝譜儀和 DESI 對大型星系的巡天預計將顯著改善宇宙學參數的測量。這項研究為解釋此類即將到來的數據提供了理論基礎，”Ishiyama 博士總結道。
