暗能量可能正在变化，宇宙也在随之改变

近期观测开始挑战这一长期观点。暗能量光谱仪（DESI）——一项绘制宇宙星系分布的先进项目——的数据表明可能存在动态暗能量（DDE）成分。这一发现将标志着与标准ΛCDM模型的重大转变。虽然这指向一个更复杂、不断演化的宇宙故事，但也暴露出一个重大的认知空白：随时间变化的暗能量如何影响宇宙结构的形成和增长仍不清楚。

为探索这一谜团，由日本千叶大学数字转型促进委员会的石山智明副教授领导的团队进行了有史以来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弗朗西斯科·普拉达和美国新墨西哥州立大学的阿纳托利·A·克利平。他们的研究发表在《物理评论D》（第112卷，第4期），探讨了随时间变化的暗能量如何影响宇宙演化，并帮助解释未来的天文观测。

研究人员使用日本的旗舰超级计算机“富岳”（Fugaku），执行了三次大型、高分辨率的N体模拟，每个模拟的计算体积是之前工作的八倍。其中一个模拟遵循标准的普朗克-2018 ΛCDM模型，另外两个则纳入了动态暗能量。通过将参数固定的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。第三次模拟使用了来自DESI第一年数据的参数，揭示了如果暗能量确实随时间变化，“更新的”宇宙学模型可能会如何表现。

结果表明，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——特别是将物质密度提高约10%——差异就变得显著起来。更高的物质密度会增强引力，从而加速大质量星系团的形成。在这种情况下，基于DESI的DDE模型预测，早期宇宙中的大质量星系团数量比标准模型多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波振荡（BAOs）——早期宇宙中声波留下的模式，可作为测量距离的“宇宙标尺”。在基于DESI的DDE模拟中，BAO峰值向更小尺度偏移了3.71%，与DESI的实际观测非常吻合。这种强烈的一致性证实，该模型不仅反映了理论预测，还与现实世界的数据高度一致。

此外，研究人员分析了星系在整个宇宙中的聚集方式。基于DESI的DDE模型比标准ΛCDM模型产生了明显更强的聚集，特别是在小尺度上。这种增强的聚集直接源于更高的物质密度，后者放大了引力束缚。模拟与观测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，该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。“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，”石山博士说。

随着新的观测活动即将展开，这些模拟将在解释即将到来的结果方面发挥关键作用。“在不久的将来，来自 Subaru 主焦点光谱仪和DESI的大规模星系巡天有望显著改进宇宙学参数的测量。这项研究为解释这些即将到来的数据提供了理论基础，”石山博士总结道。