一個(gè)國際天體物理學(xué)家小組發(fā)現(xiàn)了一種新的方法來估計(jì)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(shè)宇宙自大爆炸以來已經(jīng)冷卻--并且仍在繼續(xù)冷卻。該模型還描述了冷卻過程應(yīng)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(xiàn)不僅為宇宙背景溫度的發(fā)展樹立了一個(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(kuò)展毫米波陣列(NOEMA)觀測站，即北半球最強(qiáng)大的射電望遠(yuǎn)鏡，來觀測 HFLS3，這是一個(gè)巨大的星系，其距離相當(dāng)于大爆炸后僅 8.8 億年的年齡。他們發(fā)現(xiàn)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(xiàn)是因?yàn)檩^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觀察到的星體的其他特性來確定，這個(gè)差異表明了大爆炸遺留輻射的溫度，當(dāng)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：“除了證明冷卻之外，這一發(fā)現(xiàn)還向我們表明，宇宙在其初始階段有一些相當(dāng)具體的物理特征，這些特征今天已經(jīng)不存在了。”他繼續(xù)說：“相當(dāng)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(yīng)是可以觀察到的。因此，我們有一個(gè)獨(dú)特的觀察窗口，它只向一個(gè)非常年輕的宇宙開放。”換句話說，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法被觀測到，因?yàn)樗璧臏囟葘Ρ葘⒉粡?fù)存在。

　　“這個(gè)重要的里程碑不僅證實(shí)了預(yù)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。暗能量被認(rèn)為是過去幾十億年來宇宙加速膨脹的原因，但是它的特性仍然不為人所知，因?yàn)樗鼰o法用目前可用的設(shè)施和儀器直接觀測到。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(nèi)的冷卻速度。

　　基于這個(gè)實(shí)驗(yàn)，暗能量的特性--目前--仍然與愛因斯坦提出的“宇宙學(xué)常數(shù)”的特性一致。Weiss 解釋說：“也就是說，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(xiàn)了一個(gè)這樣的冷水云，該團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在正著手在天空中尋找更多的冷水云。他們的目標(biāo)是在宇宙歷史的最初 15 億年內(nèi)繪制出大爆炸回聲的冷卻圖。“這項(xiàng)新技術(shù)為宇宙的演化提供了重要的新見解，否則在這樣的早期階段是很難約束的，”Riechers 說。

　　“我們的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在通過研究其他星系的周圍環(huán)境來跟進(jìn) NOEMA，”共同作者和 NOEMA 項(xiàng)目科學(xué)家 Roberto Neri 博士說。“隨著對更大的水云樣本的研究在精度上的預(yù)期改進(jìn)，我們目前對宇宙膨脹的基本理解是否成立，還有待觀察。”
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