当暗能量彼此交换时，宇宙暗晕将以难以想象的方式扭曲翻转

你想象过暗物质和暗能量在“交流”什么吗？这里有一个有趣的答案。

宇宙的大部分由两种看不见的神秘物质组成：暗物质和暗能量。它们共同塑造了星系的成长与宇宙的膨胀方式。

多年来，天文学家一直依赖ΛCDM模型（冷暗物质模型）来描述这两种成分的作用机制。

该模型假设暗物质和暗能量互不干扰、独立运行。这一理论虽取得巨大成功，但仍难以解释部分观测现象，且某些测量数据之间存在矛盾。

近日，上海天文台研究团队提出新发现：宇宙可能比ΛCDM模型描述的更具动态性。研究表明，若暗物质与暗能量能交换能量，包裹星系的巨型结构——暗物质晕的形状、旋转与排列方式将产生可观测的变化。

这一发现或帮助科学家更深入理解宇宙网状结构，并为解析中国空间站望远镜等未来探测任务的数据提供新思路。

探索ΛCDM之外的宇宙

为验证猜想，团队使用ME-GADGET程序构建数字宇宙模型进行精细计算机模拟。

研究对比了三种情景：其一为传统的ΛCDM模型（暗物质与暗能量互不影响）；其二为暗物质缓慢转化为暗能量的交互暗能量模型；其三为暗能量转化为暗物质的交互模型。交互暗能量模型的核心在于暗物质与暗能量随时间推移进行能量交换。

这种能量交换会改变暗物质晕在宇宙演化过程中的质量状态。模拟结果显示，根据作用方式的不同，暗物质晕的行为会产生显著差异：

当暗物质转化为暗能量时，暗晕结构会变得松散、结合度降低。因其密度减小，更易受周围宇宙环境引力影响，其形状与邻近宇宙纤维结构的排列趋向一致。

反之，当暗能量转化为暗物质时，暗晕会变得更致密紧凑。这种稳定性使其更难被外界影响，其与宇宙大尺度结构的排列关联性相应减弱。

研究作者之一张家军比喻道：“这好比两个人：坚持锻炼者肌肉紧实，能自由活动并有足够力量抵抗重力；而缺乏锻炼者以脂肪为主，在重力作用下显然更容易瘫倒在沙发上。”

这一发现对弱引力透镜测量至关重要。星系排列（亦称内禀排列）是该技术的最大挑战之一——若科学家误解星系排列规律，就可能误判物质弯曲光线的信号。本研究首次绘制了暗物质与暗能量交互宇宙中的内禀排列图谱，为未来望远镜观测提供了规避误差的重要工具。

破解宇宙谜题的新路径

研究表明，若暗物质与暗能量确实存在能量交换，宇宙大尺度结构将呈现出与ΛCDM预测不同的形态。

捕捉这些差异既能解释部分天文测量的矛盾结果，也有助于更清晰地描绘宇宙演化图景。

当然，当前模拟仅聚焦暗物质，尚未纳入气体、恒星等普通物质。真实星系包含诸多复杂过程，下一步研究将整合这些细节，并将预测结果与直接观测进行比对。团队还计划优化用于修正大型巡天项目（特别是中国空间站望远镜任务）内禀排列偏差的计算公式。

该研究成果已发表于《物理评论D》期刊。

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