暗黒物質と暗黒エネルギーの相互作用が宇宙構造形成に与える影響を解明(New Study Reveals Key Impact of Dark Matter-Dark Energy Interaction on Cosmic Structure Formation)

2025-11-25 中国科学院(CAS)

中国科学院・上海天文台の研究チームは、暗黒物質(DM)と暗黒エネルギー(DE)が相互作用するIDEモデルに基づき、N体シミュレーションME-GADGETを用いて宇宙大規模構造形成への影響を初めて体系的に明らかにした。IDE-I(DM→DE)ではハローがより疎になり環境の潮汐場の影響を受けやすく、暗黒物質ハロー形状と宇宙フィラメント方向の整列がΛCDMより強まる。一方、IDE-II(DE→DM)では逆に整列が弱まることが判明した。これにより、弱重力レンズ観測で系統誤差源となる「固有アライメント(IA)」のIDE特有の特徴が初めて詳細に描出され、CSSTなど将来の大規模サーベイの精密宇宙論パラメータ推定に不可欠なIA補正モデル構築の物理的基盤が提供された。

暗黒物質と暗黒エネルギーの相互作用が宇宙構造形成に与える影響を解明(New Study Reveals Key Impact of Dark Matter-Dark Energy Interaction on Cosmic Structure Formation)
Evolution of matter density in the context of large-scale filamentary structures. In the IDE I model, the dark matter halos are loose and elongated, whereas in the IDE II model, they are compact and round. (Image by ZHANG Jiajun)

<関連情報>

相互作用する暗黒物質におけるハロースピンと配向 暗黒エネルギー宇宙論 Halo spin and orientation in interacting dark matter dark energy cosmology

Guandi Zhao,Jiajun Zhang, Peng Wang, and Ji Yao
Physical Review D  Published: 19 November, 2025
DOI: https://doi.org/10.1103/lq8t-gw3m

Abstract

In recent years, the interaction between dark matter (DM) and dark energy (DE) has become a topic of interest in cosmology. Interacting dark matter dark energy (IDE) models have a substantial impact on the formation of cosmological large-scale structures, which serve as the environment for DM halo evolution. This impact can be examined through the shape and spin orientation of halos in numerical simulations incorporating IDE effects. In our work, we used the N-body simulation pipeline me-gadget to simulate and study the halo spin and orientation in IDE models. We found that, in models where DM transfers into DE (IDE I), the alignment of halo shapes with the surrounding tidal field is enhanced compared to Λ⁢CDM, while the alignment of halo spins with the tidal field is decreased compared to the Λ⁢CDM. Conversely, in models where DE transfers into DM (IDE II), the opposite occurs. We have provided fitted functions to describe these alignment signals. Our study provides the foundation for more accurate modeling of observations in future surveys such as China Space Station Telescope.

1701物理及び化学
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