宇宙的第一道光芒剛剛以驚人的細節(jié)揭曉

我們剛剛得到了迄今為止最清晰的快照，第一道光穿過宇宙。

五年不眨眼地凝視著天空，阿塔卡馬宇宙學望遠鏡（ACT） 編制了我們見過的最詳細的地圖宇宙微波背景– 從 380,000 年后彌漫在宇宙中的微弱光芒Big Bang.

結果如何我們現(xiàn)在有了一個更清晰的窗口來了解宇宙的嬰兒期，比以往任何時候都更精確地揭示了宇宙中存在多少質量、它有多大，以及宇宙學中最大的危機——哈勃常數(shù)– 仍未解決。

這些發(fā)現(xiàn)已在上傳到 arXiv 和普林斯頓大學 ACT 網(wǎng)站.

“我們正在看到制造最早的恒星和星系的第一步，”美國普林斯頓大學的物理學家蘇珊娜·斯塔格斯說。

“我們不僅看到了光明和黑暗，還看到了高分辨率的光偏振。這是區(qū)分 ACT 與普 朗 克和其他早期的望遠鏡。

我們無法看到大爆炸的過去。早期宇宙充滿了厚厚的、渾濁的、不透明的電離等離子體霧。這種介質是光線無法穿透的;任何在黑暗中移動的光子都只是從自由電子上散射開來。

直到大爆炸后大約 380,000 年，這些粒子才開始結合成中性氣體，主要是氫，即所謂的重組紀元.

一旦自由粒子被藏進原子中，光就能夠溢出來，傳播到整個宇宙中。第一道光是宇宙微波背景 （CMB）。

你可以想象，大約 134 億年后，CMB 非常非常暗且能量低，因此需要大量的觀測時間來探測它，也需要大量的分析才能從宇宙中所有其他光源中梳理出來。

編制 CMB 地圖已經(jīng)工作了幾十年，第一張全天空地圖2010 年發(fā)布，根據(jù)普朗克太空望遠鏡收集的數(shù)據(jù)匯編而成。從那時起，科學家們一直在努力改進地圖的分辨率，以便我們可以更多地了解我們的宇宙是如何誕生的。

這就是我們現(xiàn)在通過 ACT 發(fā)布的最新數(shù)據(jù)所得到的，它比以往任何時候都更加清晰地顯示了 CMB 的強度和極化。偏振是光波旋轉的程度，天文學家可以對其進行解碼以推斷光所經(jīng)過的環(huán)境的性質。

“以前，我們可以看到物體的位置，現(xiàn)在我們還可以看到它們是如何移動的，”Staggs 說。“就像用潮汐來推斷月亮，光的偏振所跟蹤的運動告訴我們，在太空的不同部分，引力有多強。

CMB 為我們提供了一種測量宇宙演化的方法。我們可以查看宇宙歷史上現(xiàn)在和不同時期的游戲狀態(tài)，并將其與 CMB 進行比較，以繪制自大爆炸以來的 138 億年。

“我們更精確地測量了可觀察的 Universe從我們向各個方向延伸近 500 億光年，“英國卡迪夫大學的宇宙學家埃爾米尼亞·卡拉布雷斯說，”包含的質量相當于 1,900 個'zetta-suns'，或近 2 萬億個太陽。

大部分質量是看不見的。正常的重子物質只占宇宙質量的 100 個 zetta 太陽。這就是我們能探測到的一切——恒星、星系、行星、人、黑洞、氣體、灰塵 – 所有這些東西。

在這些正常物質中，75 個 zetta-suns 是氫，25 個 zetta-suns 是氦。宇宙中其余元素加起來的質量非常小，以至于它們甚至不會在餅圖上留下任何痕跡。

另外 500 個 zetta-suns 組成不可見暗物質這其性質未知.其余 1,300 個 zetta-suns 構成暗能量，我們賦予無形的力量推動空間膨脹的速度比我們看到的要快。

這就引出了哈勃常數(shù)，它代表宇宙的膨脹率。

我們在這里更詳細地介紹細節(jié)，但簡而言之，基于CMB等數(shù)據(jù)對遙遠宇宙的測量比基于超新星等數(shù)據(jù)對本地宇宙的測量顯示出更慢的膨脹速率。前者約為每兆秒差距每秒 67 或 68 公里，后者約為每兆秒差距每秒 73 或 74 公里。

這非常有趣，如果你有這種傾向，值得進一步閱讀，但這種緊張關系的結果是，天文學家們正試圖對宇宙進行越來越好的測量，以試圖縮小兩個測量范圍之間的差距。

CMB 的新地圖給出了哈勃常數(shù)為每兆秒差距每秒 69.9 公里。這是迄今為止最嚴格的測量之一，與基于 CMB 的哈勃常數(shù)的其他值非常吻合。

“我們有點驚訝的是，我們甚至沒有找到部分證據(jù)來支持更高的值，”Staggs 說。“我們認為在一些領域，我們可能會看到解釋這種緊張局勢的證據(jù)，但這些數(shù)據(jù)中并沒有?！?/p>

所以這仍然是一個需要解決的問題。但重復的、嚴格的計算似乎越來越暗示，要么我們錯過了什么重要的東西，要么宇宙比我們想象的要怪異得多。

但那張渾渾噩噩的橙色和藍色地圖讓我們離弄清楚它更近了，這證明了人類科學永不滿足的好奇心和孜孜不倦的聰明才智。

“我們可以通過宇宙歷史看到回溯，”普林斯頓大學的天體物理學家喬·鄧克利說?！皬奈覀冏约旱你y河系出發(fā)，經(jīng)過擁有巨大黑洞和巨大星系團的遙遠星系，一直到那個嬰兒時期。”

這三篇論文已上傳到 arXiv，可在普林斯頓大學網(wǎng)站.

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