富岳超算揭示暗能量如何塑造星系形成：挑战宇宙标准模型

日本的旗舰级超级计算机“富岳”（Fugaku）近期带来了一项突破性发现，深入揭示了动态暗能量（dynamic dark energy）如何塑造宇宙中最为宏大的结构。这项研究表明，宇宙参数的微小变化，可能导致星系形成模式与我们以往的预测大相径庭，甚至呈现出截然不同的图景。

大规模模拟挑战宇宙标准模型

日本千叶大学的石山智明（Tomoaki Ishiyama）副教授率领一个国际研究团队，运用“富岳”超强大的计算能力，完成了有史以来规模最为庞大的宇宙学模拟之一。这项研究旨在探索暗能量——这种驱动宇宙膨胀的神秘力量——是否会随时间演变。该研究于2025年8月4日发表在《物理评论D》（Physical Review D）上，标志着人类在理解宇宙结构形成方面迈出了重要一步。

石山教授的团队与西班牙安达卢西亚天体物理研究所的弗朗西斯科·普拉达（Francisco Prada）以及新墨西哥州立大学的阿纳托利·克利平（Anatoly Klypin）紧密合作，共同运行了三组独特的高分辨率模拟。每组模拟的体积都比同类以往研究扩大了八倍。根据官方研究公告，该团队“利用日本的旗舰超级计算机‘富岳’，运行了三组独特的高分辨率N体模拟”。

这些模拟的核心目标是检验动态暗能量（DDE）将如何影响宇宙的演化。其中一组模拟参照了标准的宇宙学框架，而另外两组则引入了随时间变化的暗能量元素。通过这种设计，研究人员得以单独分析这种可能随时间演变的宇宙力量所产生的影响。

惊人发现：物质密度与宇宙结构紧密关联

这项研究揭示，动态暗能量本身对宇宙结构形成的影响出乎意料地微弱。然而，当研究团队纳入了根据近期暗能量光谱仪（DESI）观测结果调整后的宇宙学参数，特别是将物质密度增加了10%时，模拟结果的变化变得异常显著。

研究人员解释道：“更高的物质密度会产生更强的引力，从而导致大质量星系团更早、更有效地形成。”基于DESI数据推导出的模型预测，在宇宙的早期阶段，大质量星系团的数量比标准预测模型增加了多达70%。

这些发现与DESI在2025年3月的观测结果高度吻合，该观测表明暗能量可能并非科学家长期以来假设的、一成不变的“宇宙常数”，而是一种随着宇宙时间演变的力。DESI合作项目汇集了来自70多个机构的900多名研究人员，他们发现了暗能量演变的有力证据，其统计显著性正接近关键的4.2西格玛阈值。

“富岳”超级计算机的模拟工作还为重子声学振荡（baryonic acoustic oscillations）提供了宝贵的见解。重子声学振荡是古老的宇宙声波，如今被用作宇宙距离的“标尺”。研究团队观察到这些振荡模式发生了显著的3.71%偏移，与DESI的观测结果紧密吻合。