宇宙的第一道光芒刚刚以惊人的细节揭晓

我们刚刚得到了迄今为止最清晰的快照，第一道光穿过宇宙。

五年不眨眼地凝视着天空，阿塔卡马宇宙学望远镜（ACT） 编制了我们见过的最详细的地图宇宙微波背景– 从 380,000 年后弥漫在宇宙中的微弱光芒Big Bang.

结果如何我们现在有了一个更清晰的窗口来了解宇宙的婴儿期，比以往任何时候都更精确地揭示了宇宙中存在多少质量、它有多大，以及宇宙学中最大的危机——哈勃常数– 仍未解决。

这些发现已在上传到 arXiv 和普林斯顿大学 ACT 网站.

“我们正在看到制造最早的恒星和星系的第一步，”美国普林斯顿大学的物理学家苏珊娜·斯塔格斯说。

“我们不仅看到了光明和黑暗，还看到了高分辨率的光偏振。这是区分 ACT 与普 朗 克和其他早期的望远镜。

我们无法看到大爆炸的过去。早期宇宙充满了厚厚的、浑浊的、不透明的电离等离子体雾。这种介质是光线无法穿透的;任何在黑暗中移动的光子都只是从自由电子上散射开来。

直到大爆炸后大约 380,000 年，这些粒子才开始结合成中性气体，主要是氢，即所谓的重组纪元.

一旦自由粒子被藏进原子中，光就能够溢出来，传播到整个宇宙中。第一道光是宇宙微波背景 （CMB）。

你可以想象，大约 134 亿年后，CMB 非常非常暗且能量低，因此需要大量的观测时间来探测它，也需要大量的分析才能从宇宙中所有其他光源中梳理出来。

编制 CMB 地图已经工作了几十年，第一张全天空地图2010 年发布，根据普朗克太空望远镜收集的数据汇编而成。从那时起，科学家们一直在努力改进地图的分辨率，以便我们可以更多地了解我们的宇宙是如何诞生的。

这就是我们现在通过 ACT 发布的最新数据所得到的，它比以往任何时候都更加清晰地显示了 CMB 的强度和极化。偏振是光波旋转的程度，天文学家可以对其进行解码以推断光所经过的环境的性质。

“以前，我们可以看到物体的位置，现在我们还可以看到它们是如何移动的，”Staggs 说。“就像用潮汐来推断月亮，光的偏振所跟踪的运动告诉我们，在太空的不同部分，引力有多强。

CMB 为我们提供了一种测量宇宙演化的方法。我们可以查看宇宙历史上现在和不同时期的游戏状态，并将其与 CMB 进行比较，以绘制自大爆炸以来的 138 亿年。

“我们更精确地测量了可观察的 Universe从我们向各个方向延伸近 500 亿光年，“英国卡迪夫大学的宇宙学家埃尔米尼亚·卡拉布雷斯说，”包含的质量相当于 1,900 个'zetta-suns'，或近 2 万亿个太阳。

大部分质量是看不见的。正常的重子物质只占宇宙质量的 100 个 zetta 太阳。这就是我们能探测到的一切——恒星、星系、行星、人、黑洞、气体、灰尘 – 所有这些东西。

在这些正常物质中，75 个 zetta-suns 是氢，25 个 zetta-suns 是氦。宇宙中其余元素加起来的质量非常小，以至于它们甚至不会在饼图上留下任何痕迹。

另外 500 个 zetta-suns 组成不可见暗物质这其性质未知.其余 1,300 个 zetta-suns 构成暗能量，我们赋予无形的力量推动空间膨胀的速度比我们看到的要快。

这就引出了哈勃常数，它代表宇宙的膨胀率。

我们在这里更详细地介绍细节，但简而言之，基于CMB等数据对遥远宇宙的测量比基于超新星等数据对本地宇宙的测量显示出更慢的膨胀速率。前者约为每兆秒差距每秒 67 或 68 公里，后者约为每兆秒差距每秒 73 或 74 公里。

这非常有趣，如果你有这种倾向，值得进一步阅读，但这种紧张关系的结果是，天文学家们正试图对宇宙进行越来越好的测量，以试图缩小两个测量范围之间的差距。

CMB 的新地图给出了哈勃常数为每兆秒差距每秒 69.9 公里。这是迄今为止最严格的测量之一，与基于 CMB 的哈勃常数的其他值非常吻合。

“我们有点惊讶的是，我们甚至没有找到部分证据来支持更高的值，”Staggs 说。“我们认为在一些领域，我们可能会看到解释这种紧张局势的证据，但这些数据中并没有。”

所以这仍然是一个需要解决的问题。但重复的、严格的计算似乎越来越暗示，要么我们错过了什么重要的东西，要么宇宙比我们想象的要怪异得多。

但那张浑浑噩噩的橙色和蓝色地图让我们离弄清楚它更近了，这证明了人类科学永不满足的好奇心和孜孜不倦的聪明才智。

“我们可以通过宇宙历史看到回溯，”普林斯顿大学的天体物理学家乔·邓克利说。“从我们自己的银河系出发，经过拥有巨大黑洞和巨大星系团的遥远星系，一直到那个婴儿时期。”

这三篇论文已上传到 arXiv，可在普林斯顿大学网站.

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