摘要：纵观宇宙历史，强大的力量一直作用于物质，将宇宙重塑为一个日益复杂的结构网络。现在，宾夕法尼亚大学的 Joshua Kim 和 Mathew Madhavacheril 及其在劳伦斯伯克利国家实验室的合作者领导的新研究表明，我们的宇宙在它存在的大约 138 亿年

纵观宇宙历史，强大的力量一直作用于物质，将宇宙重塑为一个日益复杂的结构网络。现在，宾夕法尼亚大学的 Joshua Kim 和 Mathew Madhavacheril 及其在劳伦斯伯克利国家实验室的合作者领导的新研究表明，我们的宇宙在它存在的大约 138 亿年里变得“更加混乱和复杂”，或者更确切地说，多年来物质的分布并不像预期的那样“块状”。

“我们的工作将两种互补但截然不同的调查数据集进行了交叉关联，”Madhavacheril 说，“我们发现，结构形成的故事在很大程度上与爱因斯坦引力理论的预测高度一致。我们确实看到了在最近几个时代（大约四十亿年前）预期团块数量存在微小差异的迹象，这可能值得研究。”

该数据发表在《宇宙学和天体粒子物理学杂志》和预印本服务器arXiv上，来自阿塔卡马宇宙学望远镜 (ACT) 的最终数据发布 (DR6) 和暗能量光谱仪 (DESI) 第 1 年的数据。

Madhavacheril 表示，通过配对这些数据，研究小组能够对宇宙时间进行分层，就像将古代宇宙照片的透明胶片堆叠在最近的照片上一样，从而提供宇宙的多维视角。

“ACT 覆盖了大约 23% 的天空，利用自大爆炸以来一直在传播的遥远微弱光线描绘了宇宙的婴儿期图景，”论文第一作者、Madhavacheril 集团的研究生研究员 Joshua Kim 说道。

“正式来说，这种光被称为宇宙微波背景（CMB），但我们有时称之为宇宙的婴儿照片，因为它是宇宙大约 38 万年前的快照。”

金解释说，这种古老光线在整个进化过程中，或者说随着宇宙的老化，其传播路径并不是一条笔直的路径。宇宙中星系团等大型、密集、沉重的结构产生的引力一直在扭曲 CMB，就像图像在穿过一副眼镜时被扭曲一样。

这种“引力透镜效应”是爱因斯坦在一百多年前首次预测的，宇宙学家通过它推断出物质分布和年龄等特性。

另一方面，DESI 的数据提供了宇宙的最新记录。DESI 位于亚利桑那州的基特峰国家天文台，由劳伦斯伯克利国家实验室运营，通过研究数百万个星系（特别是明亮的红色星系 (LRG)）的分布来绘制宇宙的三维结构。这些星系充当宇宙地标，使科学家能够追踪物质在数十亿年内如何扩散。

“DESI 的 LRG 就像是宇宙的一张较新的图片，向我们展示了星系在不同距离上的分布情况，”Kim 说道，他将这些数据比作宇宙的高中年鉴照片。“这是一种强有力的方式，可以了解结构如何从 CMB 地图演变到星系现在的位置。”

通过将 ACT 的 CMB 数据中的透镜图与 DESI 的 LRG 数据相结合，研究小组在古代和近代宇宙历史之间创造了前所未有的重叠，使他们能够直接比较早期和晚期宇宙的测量结果。

“这个过程就像宇宙 CT 扫描，”Madhavacheril 说，“我们可以查看宇宙历史的不同片段，并追踪物质在不同时期如何聚集在一起。它让我们直接看到物质的引力影响在数十亿年中是如何变化的。”

在这样做时，他们注意到了一个小小的差异：预计后期团块或密度波动与预测并不完全相符。

Kim 表示，σ8是衡量物质密度波动幅度的指标，也是一个关键因素，σ8 值越低，表示聚集程度比预期的要低，这可能意味着宇宙结构并未按照早期宇宙模型的预测演化，也意味着宇宙的结构增长速度可能已经放缓，而目前的模型还无法完全解释这一点。

他解释说，这种与预期的细微差异“并不足以最终表明存在新物理学——这种偏差仍然可能纯属偶然。”

如果这种偏差确实不是偶然的，那么某种无法解释的物理现象可能在起作用，影响着宇宙结构在时间上的形成和演化。一种假设是，暗能量——一种被认为推动宇宙加速膨胀的神秘力量——对宇宙结构形成的影响可能比以前理解的要大。

展望未来，该团队将与更强大的望远镜合作，例如即将建成的西蒙斯天文台，它将以更高的精度完善这些测量，从而更清晰地观察宇宙结构。

来源：科学图书馆