“人们认为这不可能被做到”：科学家從來首次在地球上用一臺望远镜观测到“宇宙黎明”的光

By Ben Turner published 2 hours ago

Astronomy

天文学家首次已經使用一臺地面望远镜來观测來自宇宙的最早紀元的偏振微波光。他们的观察可以給他们一個更好了解宇宙如何进化了。

When you purchase through links on our site, we may earn an affiliate commission. Here’s how it works.

艺术家的早期宇宙的描绘。(Image credit: Shutterstock)

科学家们首次已經用地球上的望远镜窺視進宇宙的黎明——一个130多亿年前當來自第一批恒星的光开始形成我们的宇宙的紀元。

來自这个古老紀元的駐留的光波长是毫米，极端的微弱，这意味着尽管天基天文台已经能够窺視進它，但在地面望远镜能够探测到原始光之前信号被地球大气层中的电磁辐射淹没。

但现在通过部署一台专门设计的望远镜，宇宙学大角度尺度勘测器（CLASS）项目的科学家们已經探测到第一批恒星留在大爆炸的背景光上的痕迹。他们于6月11日在《天体物理学杂志》上发表了他们的发现。

该研究的合著者、宇宙学大角度尺度勘测器项目负责人、约翰·霍普金斯大学物理和天文学教授托比亞斯（Tobias Marriage）在一份声明中说，“人们认为这不可能被做到”，天文学是一个技术有限的领域，來自宇宙黎明微波信号是著名难來测量的。与太空相比，地面观测面临额外的挑战。克服这些障碍使这一测量成为一项重大成就” 。

宇宙学大角度尺度勘测器天文台位于智利北部阿塔卡马沙漠的安第斯山脉海拔16860英尺（5138米）。这台在2016年获得了它的第一光的望远镜被调谐在微波频率下观测天空。除了它能够映射75%的夜空外，该望远镜的前所未有的灵敏度讓它接收来自宇宙黎明或宇宙生命最初十亿年的微波信号。

在宇宙大爆炸后的第一個38万年里，宇宙被充满有一種密集的电子云如此密以致光不能旅行穿过它。但我们的宇宙最终擴張和冷却了，电子被质子捕获來形成氢原子。

这些氢原子不仅使微波波长的光能够來自由移动——用宇宙微波背景（CMB）充滿空间——而且在足够密的地方在引力下坍塌并被点燃來形成第一批恒星。然后來自这些恒星的光重新电离未成塊的氢气口袋，分离它们的电子以便一些电子与來自宇宙微波背景的光碰撞，造成它變得偏振了。

来自宇宙微波背景偏振部分的信号是宇宙学难题的一個重要部分；没有它我们的早期宇宙的圖片仍然模糊的。

虽然來自过去的太空望远镜如美国国家航空航天局的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和欧洲航天局的普朗克太空望远镜已经填补了部分这一空白，但它们的图像包含噪音，而且作为卫星一旦被部署在轨道中不能被调整和改进。

RELATED STORIES

—Atacama Telescope reveals earliest-ever 'baby pictures' of the universe: 'We can see right back through cosmic history'

—'We had less than a 2% chance to find this': James Webb telescope uncovers baffling 'Big Wheel,' one of the most massive galaxies in the early universe

—1st supernovas may have flooded the early universe with water — making life possible just 100 million years after the Big Bang

共同作者查尔斯·本内特说，“更精确地测量这种再电离信号是宇宙微波背景研究的一个重要前沿” ，他是约翰·霍普金斯大学的物理学教授，领导了威尔金森微波各向异性探测器太空使命。

为得出这些观测结果，研究人员将宇宙学大角度尺度勘测器望远镜数据与來自普朗克和威尔金森微波各向异性探测器使命的数据比较缩小了偏振微波光的一個共同信号。

贝内特补充道，“对我们宇宙就像一个物理实验室一樣。宇宙的更好的测量幫助精細我们的暗物质和中微子的理解，中微子是充满宇宙的丰富但难以捉摸的粒子。通过分析其他的宇宙学大角度尺度勘测器数据向前走，我们希望达到可取的的尽可能高的精度” 。

https://www.livescience.com/space/astronomy/people-thought-this-couldnt-be-done-scientists-observe-light-of-cosmic-dawn-with-a-ground-based-telescope-for-the-first-time-ever