新的超级计算机模拟提示，暗能量可能是动态而非恒定的，正在微妙地重塑宇宙结构。这些发现与近期的DESI观测结果相吻合，为宇宙作用力的演化提供了迄今为止最有力的证据。
近期的观测结果开始挑战这一长期持有的观点。来自暗能量光谱仪（DESI）的数据——这是一个绘制宇宙中星系分布图的先进项目——表明存在动态暗能量（DDE）成分的可能性。这一发现将标志着与标准ΛCDM模型的重大偏离。虽然这指向了一个更复杂且不断演化的宇宙故事，但也暴露了理解上的一个主要空白：随时间变化的暗能量如何影响宇宙结构的形成和生长仍不清楚。
模拟一个演化的宇宙
为了探索这一谜团，由日本千叶大学数字化转型推进委员会副教授石山智明领导的团队，执行了迄今为止最广泛的宇宙学模拟之一。合作者包括西班牙安达卢西亚天体物理研究所的Francisco Prada和美国新墨西哥州立大学的Anatoly A. Klypin。他们的研究发表在《物理评论D》（第112卷第4期）上，研究了随时间变化的暗能量如何影响宇宙的演化，并帮助解释未来的天文观测。
利用日本的旗舰超级计算机“富岳”，研究人员执行了三次大型高分辨率N体模拟，每次的计算体积都是以往工作的八倍。其中一次模拟遵循标准的普朗克-2018 ΛCDM模型，而另外两次则结合了动态暗能量。通过将具有固定参数的DDE模型与标准模型进行比较，他们能够分离出变化的暗能量成分的影响。第三次模拟使用了从DESI第一年数据中提取的参数，揭示了如果暗能量真的随时间变化，一个“更新后的”宇宙学模型可能会表现出怎样的行为。
微小的变化如何重塑宇宙
结果显示，仅暗能量变化的影响相对微妙。然而，一旦研究人员根据DESI数据调整宇宙学参数——特别是将物质密度增加约10%——差异变得惊人。更高的物质密度增强了引力吸引，从而加速了大质量星系团的形成。在这种情况下，基于DESI的DDE模型预测早期宇宙中大质量星系团的数量比标准模型多出70%。这些星系团构成了星系和星系群聚集的宇宙框架。
团队还研究了重子声学振荡（BAO）——早期宇宙中声波留下的图案，作为测量距离的“宇宙尺子”。在源自DESI的DDE模拟中，BAO峰值向较小尺度偏移了3.71%，这与DESI的实际观测结果紧密吻合。这种高度的一致性证实了该模型不仅反映了理论预测，而且与真实数据非常吻合。
绘制星系团与宇宙结构图
此外，研究人员分析了星系在整个宇宙中的成团情况。基于DESI的DDE模型产生的成团效应明显强于标准ΛCDM模型，特别是在较小尺度上。这种增强的成团效应直接源于较高的物质密度，它放大了引力束缚。模拟与观测之间的这种紧密匹配进一步支持了动态暗能量模型的有效性。
总体而言，团队的发现阐明了暗能量和物质密度如何共同塑造宇宙的大尺度结构。石山博士表示：“我们的大型模拟表明，宇宙学参数的变化，特别是宇宙中的物质密度，对结构形成的影响比单独的DDE成分更大。”
为下一代宇宙巡天做准备
随着新的观测项目即将展开，这些模拟将在解释即将到来的结果方面发挥关键作用。石山博士总结道：“在不久的将来，来自昴星团主焦点光谱仪和DESI的大规模星系巡天预计将显著改善宇宙学参数的测量。这项研究为解释这些即将到来的数据提供了理论基础。”