En internationell grupp kosmologer har upptäckt att tillväxten av storskaliga strukturer i universum, som galaxhopar och filament, är kraftigt hämmad jämfört med förutsägelserna från den vedertagna ΛCDM-modellen. Denna anomali, som nu bekräftats med hög statistisk signifikans, kan tvinga forskare att ompröva vår förståelse av mörk energi, gravitationens natur eller till och med införa helt nya fysikaliska principer .
Bakgrund: Universums strukturella utveckling
Enligt den kosmologiska standardmodellen växer storskaliga strukturer gradvis genom gravitationell instabilitet – små materiaöverdichtheter i det tidiga universum attraherar mer materia och utvecklas till galaxer och galaxhopar. Denna process förutsäger en specifik tillväxthastighet som styrts av mörk materia och mörk energi. Mätningar av den kosmiska bakgrundsstrålningen (CMB) och galaxfördelningar har dock länge visat på en spänning, kallad S₈-tensionen, där tidiga och sena mätningar av strukturtillväxten inte stämmer överens .
Nyckelresultat: Statistiskt signifikant hämmad tillväxt
Forskare från University of Michigan och andra institutioner har nu bekräftat att strukturtillväxten under den senare delen av universums historia är 10 % lägre än vad ΛCDM-modellen förutspår. Resultaten bygger på en kombination av fyra kosmologiska tekniker:
- CMB-gravitationslinsning – Fotoner från den kosmiska bakgrundsstrålningen böjdes av materia under sin resa, vilket avslöjar materiafördelningen för 13 miljarder år sedan .
- Svag gravitationslinsing av galaxer – Analys av hur ljus från bakgrundsgalaxer förvrängs av mellanliggande materia (probear senare tider) .
- Galaxrörlighet – Rörelserna hos galaxer i det lokala universumet avslöjar gravitationspotentialer och strukturtillväxt idag .
- Galaxklustring och baryoniska akustiska oscillationer (BAO) – Mönster i galaxernas fördelning används för att mäta expansionshastigheten .
När dessa metoder kombineras, uppnås en spänningsnivå på 4.5σ mot standardmodellen – en stark indikation på att nya fysikaliska mekanismer krävs .
Mörk energis paradoxala roll
Mörk energi, som driver universums accelererande expansion, verkar samtidigt dämpa strukturtillväxten. Enligt Minh Nguyen, ledande författare till studien:
”Gravitationen fungerar som en förstärkare som ökar materiaöverdichtheter, medan mörk energi agerar som en dämpare som bromsar denna tillväxt” .
Denna dynamik blir tydligare ju närmare nutid vi kommer, vilket förklarar varför tidiga CMB-mätningar (som speglar strukturer för miljarder år sedan) ger högre S₈-värden än senare observationer .
Löser detta S₈-tensionen?
S₈-tensionen, där CMB-data ger S₈ ≈ 0.83 och senare mätningar ≈ 0.76, kan möjligen lösas genom att erkänna en sen tidig hämmad tillväxt. Om strukturtillväxten avtar snabbare än förväntat efter CMB-epoken, skulle extrapoleringar från båda metoderna kunna mötas . Den senaste analysen av BOSS-galaxdata och Planck-linsning visar dock att spänningen kvarstår även med hänsyn till dynamisk mörk energi (DDE), vilket tyder på att mer radikala teorier behövs .
Möjliga förklaringar – från modifierad gravitation till exotisk materia
- Modifierad gravitationsteori
General relativitetsteorin kanske inte gäller på kosmiska skalor. Alternativ som f(R)-gravitation eller extra dimensioner kan ändra strukturtillväxtens dynamik . - Mörk energis tidiga påverkan
Om mörk energis densitet eller tillstandsekvation varierat över tid, kan dess dämpande effekt ha varit starkare än antaget . - Okänd växelverkan mellan mörk materia och mörk energi
Standardmodellen antar att dessa komponenter endast interagerar via gravitation – något som kanske inte stämmer .
Framtida forskning och experiment
- Euclid-teleskopet och LSST – Kommer att kartlägga miljarder galaxer för att förfina mätningar av strukturtillväxt .
- Gravitationsvågsdetektorer – Kan avslöja tidiga kvantfluktuationer som påverkats av nya fysikaliska fenomen .
- Simuleringar av alternativa kosmologier – För att testa om modifierade modeller kan reproducera både CMB och senare data .
Sammanfattning
Upptäckten av en hämmad strukturtillväxt är en av de mest chockerande anomalierna i modern kosmologi. Den utmanar inte bara vår förståelse av mörk energi utan öppnar dörren för revolutionerande nya teorier. Som Dragan Huterer, medförfattare till studien, uttrycker det:
”Universum försöker berätta något – nu är det vår uppgift att tyda budskapet” .
Källor
- Nguyen, N.-M. et al. (2023). Evidence for suppression of structure growth in the concordance cosmological model. arXiv:2302.01331.
- University of Michigan News (2023). The universe caught suppressing cosmic structure growth. Länk.
- Chen, S.-F. et al. (2024). Suppression without Thawing: Constraining Structure Formation and Dark Energy with Galaxy Clustering. arXiv:2406.13388.
- Michigan LCTP News (2025). LCTP Members Caught The Universe Suppressing Cosmic Structure Growth. Länk.