研究揭示暗物质与暗能量相互作用对宇宙结构形成的关键影响
文章导读
暗物质与暗能量正在悄悄交换能量？这可能是解决宇宙学最大谜题的关键。最新研究发现，这两种神秘力量间的能量转移正在重塑整个宇宙的结构布局：当暗物质衰变成暗能量时，星系团会像被无形之手摆弄般整齐排列；若暗能量反向转化，宇宙结构则会呈现紊乱态势。这项突破性研究通过高精度模拟，首次揭示了能量流动如何影响星系形成规律，为中国空间站望远镜即将开展的宇宙探测提供了全新解读框架。
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目前，描述宇宙的ΛCDM——宇宙学常数和冷暗物质模型面临哈勃常数危机、S8矛盾等观测挑战。相互作用暗物质—暗能量（IDE）模型是解决这些难题的有力候选理论之一。在该模型中，暗物质与暗能量并非独立演化，而是存在能量的相互转移。近期，中国科学院上海天文台研究团队，揭示了暗物质与暗能量相互作用对宇宙中暗物质晕的旋转与形状排列的影响机制。
研究重点关注两种典型的IDE情景，即在IDE I模型中，暗物质衰减并转化为暗能量；而在IDE II模型中，过程相反，暗能量转化为暗物质。这两种过程可改变暗物质粒子的有效质量，从而影响暗物质晕的形成历史和动力学特性。
研究进一步利用ME-GADGET这一专用N体数值模拟程序，对IDE模型和标准ΛCDM模型下的宇宙结构形成进行了高精度模拟。研究通过数值模拟发现，在暗物质衰减的IDE I模型中，暗物质晕形状与其周围宇宙纤维状结构的潮汐场方向排列一致性，强于ΛCDM模型。而在暗物质增殖的IDE II模型中，观测到相反的趋势，即暗物质晕形状与潮汐场排列一致性降低。
该研究详细描绘了IDE宇宙学中晕的固有排列信号，为理解宇宙大尺度结构的形成提供了新视角，并为中国空间站望远镜（CSST）等巡天项目的观测数据解读奠定了基础。
相关研究成果发表在Physical Review D上。
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