新しいスーパーコンピュータシミュレーションは、宇宙の膨張を加速させる力である暗黒エネルギーが、一定ではなく動的である可能性を示唆している。日本人研究者主導のこの研究は、Dark Energy Spectroscopic Instrument (DESI) の観測結果と一致する。これにより、宇宙構造形成の理解が再構築される可能性がある。
20世紀初頭以来、証拠は宇宙が加速的に膨張していることを示しており、それは時空の謎めいた性質である暗黒エネルギーによって駆動されている。標準的なLambda Cold Dark Matter (ΛCDM) モデルは暗黒エネルギーが一定であると仮定しているが、最近のDESIデータは動的暗黒エネルギー (DDE) 成分を示唆し、この見解に挑戦している。
日本千葉大学のデジタルトランスフォーメーション推進協議会の准教授・石山友昭氏が率いるチームは、スペインのInstituto de Astrofísica de AndalucíaのFrancisco Prada氏とアメリカのNew Mexico State UniversityのAnatoly A. Klypin氏との協力で、大規模なシミュレーションを実施した。Physical Review D (第112巻、第4号) に掲載されたこの研究は、日本のFugakuスーパーコンピュータを使用して、3つの高解像度N-bodyシミュレーションを行い、それぞれの体積は以前の努力の8倍であった。
1つのシミュレーションはPlanck-2018 ΛCDMモデルに従い、2つはDDEを組み込んだ。3つ目はDESIの1年目データのパラメータを使用し、物質密度の10%増加を含む。結果はDDE単独では微妙な効果を示したが、物質密度を調整すると、DDEモデルは標準モデルに比べて初期宇宙で70%多くの大規模銀河団を予測した。この高い密度は重力引力を強化し、団塊形成を加速させる。
シミュレーションはまた、DESIの観測である重子音響振動 (BAOs) と一致し、BAOピークが3.71%小規模側にシフトした。DDEモデルでは小規模での銀河クラスタリングが強く、データと一致した。
「私たちの大規模シミュレーションは、宇宙論的パラメータの変動、特に宇宙の物質密度が、DDE成分単独よりも構造形成に大きな影響を与えることを示しています」と石山博士は述べる。
これらの発見は、Subaru Prime Focus SpectrographやDESIなどの将来の調査に備え、宇宙論的パラメータを洗練するものである。