20대 초반부터일 세기에 과학자들은 우주가 팽창하고 있으며 이 팽창이 가속화되고 있다는 설득력 있는 증거를 수집했습니다. 이 가속도를 담당하는 힘을 암흑 에너지은하를 밀어내는 것으로 생각되는 신비한 시공간 속성입니다. 수십 년 동안 ΛCDM(람다 저온 암흑 물질)으로 알려진 널리 퍼진 우주 모델은 암흑 에너지가 우주 역사 전반에 걸쳐 일정하게 유지된다고 가정했습니다. 이 단순하지만 강력한 가정은 현대 우주론의 기초가 되었습니다. 그러나 한 가지 핵심 질문은 해결되지 않은 채로 남아 있습니다. 암흑 에너지가 고정된 상태로 유지되지 않고 시간이 지남에 따라 변한다면 어떻게 될까요?
최근 관찰은 이러한 오랜 견해에 도전하기 시작했습니다. 우주 전역의 은하 분포를 매핑하는 고급 프로젝트인 암흑 에너지 분광 장비(DESI)의 데이터는 다음과 같은 가능성을 시사합니다. 동적 암흑에너지 (DDE) 구성 요소입니다. 이러한 발견은 표준 ΛCDM 모델에서 중요한 변화를 의미합니다. 이는 더욱 복잡하고 진화하는 우주 이야기를 가리키지만, 이해의 주요 격차도 드러냅니다. 시간에 따른 암흑 에너지가 어떻게 우주 구조의 형성과 성장을 형성할 수 있는지는 아직 불분명합니다.
진화하는 우주 시뮬레이션
이 미스터리를 탐구하기 위해 일본 치바 대학 디지털 혁신 강화 위원회의 이시야마 토모아키 부교수가 이끄는 팀은 지금까지 수행된 것 중 가장 광범위한 우주 시뮬레이션 중 하나를 수행했습니다. 공동 작업자로는 스페인 Instituto de Astrofísica de Andalucía의 Francisco Prada와 미국 뉴멕시코 주립대학교의 Anatoly A. Klypin이 있습니다. 그들의 연구는 신체검사 D (112권 4호)에서는 시간에 따라 변하는 암흑 에너지가 어떻게 우주의 진화에 영향을 미치고 미래의 천문 관측을 해석하는 데 도움이 될 수 있는지 조사했습니다.
연구원들은 일본의 대표적인 슈퍼컴퓨터인 Fugaku를 사용하여 이전 작업보다 계산량이 8배 더 많은 세 개의 대형 고해상도 N체 시뮬레이션을 실행했습니다. 한 시뮬레이션은 표준 Planck-2018 ΛCDM 모델을 따랐고, 다른 두 시뮬레이션은 동적 암흑 에너지를 통합했습니다. 고정된 매개변수를 갖는 DDE 모델을 표준 모델과 비교함으로써, 그들은 변화하는 암흑에너지 구성요소의 효과를 분리할 수 있었습니다. 세 번째 시뮬레이션에서는 DESI의 첫 해 데이터에서 가져온 매개변수를 사용하여 암흑 에너지가 실제로 시간에 따라 변할 경우 “업데이트된” 우주론 모델이 어떻게 작동할 수 있는지를 보여주었습니다.
작은 변화가 어떻게 우주를 바꿀 수 있는가
결과는 암흑에너지 변화만의 영향이 상대적으로 미미하다는 것을 보여주었습니다. 그러나 연구자들이 DESI 데이터에 맞춰 우주론적 매개변수를 조정한 후, 특히 물질 밀도를 약 10% 증가시키면 그 차이가 눈에 띄게 나타났습니다. 물질 밀도가 높을수록 중력 인력이 강화되어 거대한 은하단의 형성이 가속화됩니다. 이 시나리오에서 DESI 기반 DDE 모델은 표준 모델보다 초기 우주에서 70% 더 많은 대규모 클러스터를 예측했습니다. 이 성단은 은하와 은하군이 모이는 우주의 틀을 형성합니다.
팀도 조사했다. 중입자 음향 진동 (BAO) – 거리 측정을 위한 “우주 통치자” 역할을 하는 초기 우주의 음파가 남긴 패턴입니다. DESI에서 파생된 DDE 시뮬레이션에서 BAO 피크는 더 작은 규모로 3.71% 이동하여 DESI의 실제 관측값과 거의 일치합니다. 이러한 강력한 일치는 모델이 이론적 예측을 반영할 뿐만 아니라 실제 데이터와도 잘 일치한다는 것을 확인시켜 주었습니다.
은하단과 우주 구조 매핑
또한 연구진은 우주 전체에 은하가 어떻게 모여 있는지 분석했습니다. DESI 기반 DDE 모델은 특히 소규모 규모에서 표준 ΛCDM 버전보다 눈에 띄게 강력한 클러스터링을 생성했습니다. 향상된 클러스터링은 중력 결합을 증폭시키는 더 높은 물질 밀도에서 직접적으로 발생합니다. 시뮬레이션과 관찰 사이의 이러한 긴밀한 일치는 동적 암흑 에너지 모델의 타당성을 더욱 뒷받침합니다.
전반적으로, 팀의 발견은 암흑 에너지와 물질 밀도가 우주의 대규모 구조를 어떻게 형성하는지 명확하게 보여줍니다. Ishiyama 박사는 “우리의 대규모 시뮬레이션은 우주 매개변수의 변화, 특히 우주의 물질 밀도가 DDE 구성 요소보다 구조 형성에 더 큰 영향을 미친다는 것을 보여줍니다.”라고 말했습니다.
차세대 우주 조사 준비
새로운 관찰 캠페인이 곧 시작되면서 이러한 시뮬레이션은 향후 결과를 해석하는 데 중요한 역할을 할 것입니다. “가까운 미래에 Subaru Prime Focus Spectrograph와 DESI의 대규모 은하 조사는 우주 매개변수의 측정을 크게 향상시킬 것으로 예상됩니다. 이 연구는 이러한 다가오는 데이터를 해석하기 위한 이론적 기초를 제공합니다”라고 Ishiyama 박사는 결론지었습니다.
출처: https://www.sciencedaily.com/releases/2025/11/251109013236.htm
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