北京时间2024年1月22日，国际学术期刊《自然·天文》在线发表中国科学院国家天文台郭琦研究团队的一项重要成果。该团队利用斯隆光谱红移巡天发现了大质量星系群中卫星星系对相对于中央星系有同向运动超出，这与标准宇宙学模型预测的差异显著，暗示了一个更年轻的宇宙。
标准宇宙学模型在很多方面取得了成功，在这一框架下，小结构先形成，然后逐级并合形成越来越大的结构。大质量星系群和星系团作为宇宙中最大的结构，其维里化状态反映了宇宙演化的状态。通常人们可以借助卫星星系的动力学信息推测星系群和星系团的动力学状态。
借助斯隆光谱红移巡天，研究团队测量了813个大质量星系群周围卫星星系对的动力学，特别地，侧重于其沿视线方向的运动相关性。研究团队发现，分布在中央星系两侧的卫星星系对，相对于中央星系的视向速度偏移，更倾向具有相同方向。卫星星系对同向运动通常表征了它们沿着大尺度结构被吸积的过程。
卫星星系对同向运动的超出在基于标准宇宙学模型的数值模拟中也被预测到，但其比例要远低于观测结果。观测数据相比于两个数值模拟的预测值，分别出现了4.1σ和3.6σ的超出（图1）。
观测和理论预测之间的巨大差异，表明在真实的宇宙中大质量星系群比根据宇宙微波背景辐射推测的形成更晚，因此也预示了更年轻的宇宙，倾向于支持比PLANCK结果更高的哈勃常数，更接近于近邻宇宙中对哈勃常数的测量结果，这挑战了目前的宇宙学模型。另一方面，目前数值模拟中的重子物质过程偏差也提供了一种可能的解释。未来需要结合理论和观测的进一步发展，才能最终确定宇宙的年龄。
文章的第一作者为国家天文台谷青，通讯作者包括国家天文台郭琦和邵实，合作者来自中国科学院大学、上海交通大学和荷兰莱顿大学等多家国内外单位。
此项研究得到中国科学院“稳定支持基础研究领域青年团队”计划支持，得到国家SKA计划、国家自然科学基金、国家重点研发计划等的资助。
论文地址：https://www.nature.com/articles/s41550-023-02192-6
左图：往大质量星系群中掉落的星系（图片由国家天文台廖世鸿提供）。红色区域为一个大质量星系群，黄色圆圈里的为正沿着大尺度纤维状结构掉落的星系，它们相对于中央星系沿相同方向运动。右：同向运动卫星星系对占比随张角的变化。黑色带圆点的实线为观测结果，蓝线和红线为理论模拟预测结果，黑色虚线为随机分布，阴影区为自举标准误差范围。
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