新地图显示了我们宇宙中最古老的光

另外,宇宙的年龄现在已被测定为 138 亿年。
这张图展示了我们宇宙中最古老的光,这是普朗克任务迄今为止最精确的探测结果。这种被称为宇宙微波背景的古老光,在宇宙诞生 37 万年后被印刻在天空中。它显示了微小的温度波动,对应于密度略有不同的区域,代表了今天所有未来结构——恒星和星系的种子。欧洲航天局/普朗克合作项目

它起源时耀眼夺目,远在任何眼睛看到它之前,大爆炸的余晖现在环绕着我们,用一种寒冷、微弱的光芒填满了宇宙。这种背景辐射温度的微小波动,让我们得以一窥宇宙的起源。它们揭示了最终演变成我们今天所知的宇宙的种子。一张今天公布的这张古老光线的新地图,重新分配了我们宇宙的构成要素,这将改写无数的宇宙学方程。

根据新结果,宇宙比科学家们之前认为的要年轻 1 亿年,起源于 138 亿年前。与最初的设想相比,它拥有的暗物质也多了一点,暗能量少了一点,普通物质也多了一点。以下是统计结果:

Composition of the Universe
欧洲航天局

这些数字来自普朗克空间望远镜首次对全天进行的观测,该望远镜正在观测这种被称为宇宙微波背景的辐射。微波背景辐射在整个天空中都非常一致,除了几个微小的斑点。这些是声波的回声,由宇宙诞生后几纳秒内的物质量子涨落引发。这些涨落,在普朗克地图中显示为彩色斑块,是我们今天拥有的所有星系、恒星和行星的种子。

“这些变化告诉我们关于大爆炸后仅 10 纳秒(极短极短时间)后发生的事情的新信息,那时,在我们说出这句话所需时间的一万亿倍还要短的时间内,宇宙膨胀了 100 万亿亿倍,”美国宇航局喷气推进实验室的美国普朗克项目科学家查尔斯·劳伦斯解释说。“这揭示了关于宇宙中一切的信息。”

普朗克科学家还将望远镜的发现转化为我们可以听到的频率。这种音调代表了在早期宇宙中传播的原始声波,后来被普朗克“听到”。

“大爆炸后仅仅 10 纳秒(极短极短时间),在我们说出这句话所需时间的一万亿倍还要短的时间内,宇宙就膨胀了 100 万亿亿倍。”与它的前身一样,普朗克也观测到这些宇宙声学斑点的一些奇怪方面。宇宙学理论认为,天空到处都一样,假设宇宙以相等的速率和力量向所有方向膨胀。但光线模式并不对称,这意味着宇宙实际上并非处处温度相同。而且,中间有一个很大的冷点,隐约 resembling 大西洋上的大陆,比预期的要大。为什么?科学家们还不知道,他们可能需要一些新的物理学来解释。

“我们的最终目标是构建一个能够预测异常并将其联系起来的新模型。但现在还为时过早;到目前为止,我们还不知道这是否可能,也不知道可能需要哪种类型的新物理学,”剑桥大学的普朗克团队成员乔治·埃夫斯塔西奥在声明中说。“这令人兴奋。”

普朗克科学家克日什托夫·戈尔斯基在喷气推进实验室表示,早期的 CMB(宇宙微波背景)测量已经注意到了一些这种不对称性的迹象,但由于各种原因,这些迹象在很大程度上被忽略了。

“普朗克现在已经证明了这一特征的真实性,而那些疑虑正在消退,”他说。“也许我们可以说,我们的宇宙给了我们一个惊喜,它很少不让我们感到惊讶。”

除了完善我们宇宙的构成,普朗克数据还检验了一些描述劳伦斯提到的宇宙暴胀(剧烈膨胀)的理论。新地图表明,量子尺度上存在随机过程,这一点很有趣,因为它使宇宙学家能够排除一些涉及“被操纵”或有组织的宇宙的非常复杂的暴胀理论。普朗克表明,早期宇宙比一些暴胀理论所suggest 的要不那么“被操纵”。如果没有普朗克的高度灵敏度,很难弄清楚这一点。

“我们擅长识别条纹,因为条纹可能会跳出丛林吃掉我们。但我们不擅长识别随机性,因为随机性不会吃掉我们,”劳伦斯说。“我们必须学会如何研究随机性。”

Planck's Seeing Power
ESA/NASA

普朗克是一架于 2009 年发射的空间望远镜,以提出量子理论的德国物理学家马克斯·普朗克的名字命名。它是几年前绘制第一张宇宙微波背景图的著名威金森微波各向异性探测器(WMAP)的后继者。科学家们说,普朗克的灵敏度要高得多。

“这就像我们从普通电视升级到了高清电视。新的重要细节变得清晰可见,”美国宇航局天体物理学主任保罗·赫兹说,美国宇航局是欧洲空间局普朗克项目的合作伙伴。

普朗克仍在观测天空,其完整结果将于明年公布。

All Of The Matter
美国宇航局/欧洲航天局
 

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丽贝卡·博伊尔是一位屡获殊荣的自由撰稿人,她撰写关于天文学、人畜共患病以及介于两者之间的各种主题的文章。她是《大西洋月刊》的特约撰稿人,她的作品经常出现在《大众科学》、《新科学家》、《FiveThirtyEight》、《连线》以及许多其他面向成人和儿童的出版物上。丽贝卡在科罗拉多州长大,离太空更近一英里,现在住在圣路易斯,靠近大陆两条最强大的河流的交汇处。

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