一個(gè)國際天體物理學(xué)家小組發(fā)現了一種新的方法來(lái)估計大爆炸后僅 8.8 億年的年輕宇宙的宇宙微波背景溫度。這是第一次在宇宙如此早期的時(shí)代測量宇宙微波背景輻射的溫度--這是大爆炸釋放的能量的遺跡。

　　流行的宇宙學(xué)模型假設宇宙自大爆炸以來(lái)已經(jīng)冷卻--并且仍在繼續冷卻。該模型還描述了冷卻過(guò)程應該如何進(jìn)行，但到目前為止，它只在相對較近的宇宙時(shí)代被直接證實(shí)。這一發(fā)現不僅為宇宙背景溫度的發(fā)展樹(shù)立了一個(gè)非常早期的里程碑，而且還可能對神秘的暗能量產(chǎn)生影響。相關(guān)論文于 2022 年 2 月 2 日發(fā)表在《自然》雜志上。

　　科學(xué)家們利用位于法國阿爾卑斯山的北方擴展毫米波陣列(NOEMA)觀(guān)測站，即北半球最強大的射電望遠鏡，來(lái)觀(guān)測 HFLS3，這是一個(gè)巨大的星系，其距離相當于大爆炸后僅 8.8 億年的年齡。他們發(fā)現了一個(gè)冷水氣體的“屏幕”，在宇宙微波背景輻射上投下了陰影。陰影的出現是因為較冷的水在走向地球的路上吸收了較熱的微波輻射，它的黑暗顯示了溫度的差異。由于水的溫度可以通過(guò)觀(guān)察到的星體的其他特性來(lái)確定，這個(gè)差異表明了大爆炸遺留輻射的溫度，當時(shí)的溫度比今天的宇宙高約七倍。

　　首席作者、科隆大學(xué)天體物理研究所的 Dominik Riechers 教授說(shuō)：“除了證明冷卻之外，這一發(fā)現還向我們表明，宇宙在其初始階段有一些相當具體的物理特征，這些特征今天已經(jīng)不存在了。”他繼續說(shuō)：“相當早的時(shí)候，大約在大爆炸后 15 億年，宇宙微波背景已經(jīng)太冷了，這種效應是可以觀(guān)察到的。因此，我們有一個(gè)獨特的觀(guān)察窗口，它只向一個(gè)非常年輕的宇宙開(kāi)放。”換句話(huà)說(shuō)，如果今天存在一個(gè)與 HFLS3 屬性相同的星系，那么水云的陰影將無(wú)法被觀(guān)測到，因為所需的溫度對比將不復存在。

　　“這個(gè)重要的里程碑不僅證實(shí)了預期的比以前可能測量的時(shí)間更早的冷卻趨勢，而且還可能對難以捉摸的暗能量的性質(zhì)產(chǎn)生直接影響，”來(lái)自波恩馬克斯-普朗克射電天文研究所(MPIfR)的共同作者 Axel Weiss 博士說(shuō)。暗能量被認為是過(guò)去幾十億年來(lái)宇宙加速膨脹的原因，但是它的特性仍然不為人所知，因為它無(wú)法用目前可用的設施和儀器直接觀(guān)測到。然而，它的特性影響了宇宙膨脹的演變，從而影響了宇宙在宇宙時(shí)間內的冷卻速度。

　　基于這個(gè)實(shí)驗，暗能量的特性--目前--仍然與愛(ài)因斯坦提出的“宇宙學(xué)常數”的特性一致。Weiss 解釋說(shuō)：“也就是說(shuō)，在一個(gè)膨脹的宇宙中，暗能量的密度不會(huì )改變。”

　　在宇宙早期的一個(gè)星系中發(fā)現了一個(gè)這樣的冷水云，該團隊現在正著(zhù)手在天空中尋找更多的冷水云。他們的目標是在宇宙歷史的最初 15 億年內繪制出大爆炸回聲的冷卻圖。“這項新技術(shù)為宇宙的演化提供了重要的新見(jiàn)解，否則在這樣的早期階段是很難約束的，”Riechers 說(shuō)。

　　“我們的團隊已經(jīng)在通過(guò)研究其他星系的周?chē)h(huán)境來(lái)跟進(jìn) NOEMA，”共同作者和 NOEMA 項目科學(xué)家 Roberto Neri 博士說(shuō)。“隨著(zhù)對更大的水云樣本的研究在精度上的預期改進(jìn)，我們目前對宇宙膨脹的基本理解是否成立，還有待觀(guān)察。”
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