科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)和芝加哥大學(xué)科學(xué)家利用位于智利安第斯山脈高處的一臺(tái)地面望遠(yuǎn)鏡，觀測(cè)了來(lái)自宇宙早期的偏振微波信號(hào)，首次用地基設(shè)備揭開宇宙誕生后僅幾億年時(shí)的神秘面紗——這是天文學(xué)中一個(gè)極其關(guān)鍵但也最不為人知的時(shí)期，被稱為“宇宙黎明”。該成果發(fā)表在最新一期《天體物理學(xué)雜志》上，標(biāo)志著科學(xué)家首次在地面上探測(cè)到原本被認(rèn)為只能通過(guò)空間望遠(yuǎn)鏡才能觀測(cè)到的微弱信號(hào)。

宇宙大爆炸發(fā)生后不久，宇宙中充滿了熾熱的等離子體，光無(wú)法自由傳播。隨著宇宙膨脹并逐漸冷卻，電子與質(zhì)子結(jié)合形成中性氫原子，光終于可以穿越空間。這些古老的光就是宇宙微波背景輻射，它是宇宙中最古老的可見光。

當(dāng)?shù)谝慌阈窃谟钪嬲Q生數(shù)億年后形成時(shí)，它們釋放出強(qiáng)大的能量，再次電離了中性氫，使電子重新游離于宇宙之中。這種再電離過(guò)程改變了宇宙微波背景輻射的偏振狀態(tài)，留下了類似“指紋”的痕跡。

科學(xué)家正是通過(guò)測(cè)量這些微弱的偏振信號(hào)，來(lái)了解第一批恒星是如何影響宇宙早期環(huán)境的。

宇宙微波非常微弱，但其偏振信號(hào)強(qiáng)度卻僅為其百萬(wàn)分之一。地面上的無(wú)線電干擾、大氣擾動(dòng)、天氣變化等因素都可能掩蓋或扭曲這一信號(hào)。因此長(zhǎng)期以來(lái)，這類觀測(cè)任務(wù)通常由太空中的衛(wèi)星執(zhí)行。然而，此次宇宙學(xué)大角度尺度探測(cè)器（CLASS）項(xiàng)目，使用了一種設(shè)計(jì)獨(dú)特的地基望遠(yuǎn)鏡，在地面上實(shí)現(xiàn)了這一突破性的測(cè)量。

研究人員解釋說(shuō)，偏振光就像陽(yáng)光照射在汽車引擎蓋上產(chǎn)生的眩光，為了看得更清楚，需要戴上偏光眼鏡來(lái)消除眩光。他們這次發(fā)現(xiàn)的通用信號(hào)就像是一種宇宙級(jí)“眩光”，揭示了來(lái)自“宇宙黎明”時(shí)期的光是如何被散射的。他們將CLASS的數(shù)據(jù)與衛(wèi)星歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行了對(duì)比分析，從而識(shí)別出干擾源，縮小了“宇宙黎明”時(shí)期的共同信號(hào)范圍。

這項(xiàng)研究不僅幫助科學(xué)家更精確地定義宇宙微波背景輻射中的再電離信號(hào)，還為描繪早期宇宙提供了更加清晰的畫面。

總編輯圈點(diǎn)

本文的研究成果，曾被人們認(rèn)為在地面上根本不可能完成。因?yàn)樘煳膶W(xué)是一個(gè)高度依賴技術(shù)的領(lǐng)域，而“宇宙黎明”時(shí)期的信號(hào)更是過(guò)于微弱，難以測(cè)量。對(duì)科學(xué)家來(lái)說(shuō)，宇宙就像是一個(gè)巨大的物理實(shí)驗(yàn)室，更精準(zhǔn)的測(cè)量有助于加深人類對(duì)暗物質(zhì)和中微子的理解。現(xiàn)在，測(cè)量達(dá)到了前所未有的精度，展示了地面觀測(cè)技術(shù)的巨大潛力，也為探索宇宙起源提供了新的工具和視角。