宇宙的第一道光芒剛剛以驚人的細節揭曉

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– 仍未解決。

這些發現已在上傳到 arXiv 和普林斯頓大學 ACT 網站.

“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 地圖已經工作了幾十年，第一張全天空地圖2010 年發布，根據普朗克太空望遠鏡收集的數據匯編而成。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。

這就是我們現在通過 ACT 發布的最新數據所得到的，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過的環境的性質。

“以前，我們可以看到物體的位置，現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在和不同時期的游戲狀態，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，它代表宇宙的膨脹率。

我們在這里更詳細地介紹細節，但簡而言之，基于CMB等數據對遙遠宇宙的測量比基于超新星等數據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，但這些數據中并沒有。”

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。“從我們自己的銀河系出發，經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站.

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