快捷搜索:  www.ymwears.cn

从宇宙中最古老的光的新视角来讨论宇宙的年龄

阿塔卡马宇宙学望远镜的发现表明,宇宙已经有138亿年的历史。

在智利阿塔卡马沙漠的一座高山上,天文学家们用国家科学基金会的阿塔卡马宇宙学望远镜对宇宙中最古老的光进行了一次全新的观察。他们的新观测,加上一点宇宙几何知识,表明宇宙的年龄为137.7亿年,误差为4000万年。

新的估计与宇宙标准模型和普朗克卫星(一个运行于2009-2013年的太空天文台)对同一光的测量结果相吻合。

7月15日发表在arXiv.org上的关于这一发现的两篇新论文之一的第一作者Simone Aiola说,这为天体物理学界正在进行的辩论增添了新的转折。问题在于,测量星系运动的研究团队计算出,宇宙比普朗克团队预测的要年轻数亿年。这种差异表明可能需要一种新的宇宙模型,并引发了对其中一套测量方法可能不正确的担忧。

现在我们找到了普朗克和阿塔卡马宇宙学望远镜一致的答案,艾约拉说,他是纽约市熨斗研究所计算天体物理中心的研究员。它说明了这样一个事实,即这些困难的测量是可靠的。

宇宙的年龄也揭示了宇宙膨胀的速度,这个数字被称为哈勃常数。阿塔卡马的测量结果表明,哈勃常数为每秒67.6公里/百万秒差距。这个结果几乎与普朗克卫星小组之前估计的67.4的值完全一致,但是它比通过对星系的测量推断出的74要慢。

进行这种独立的测量是非常令人兴奋的,因为这是这个领域的一个谜,而这有助于我们加深对这个谜的理解,杰夫麦克马洪说,他是芝加哥大学的天文和天体物理学副教授,领导了探测器和其他用于测量的新技术的设计。这就证实了正在进行的差异。我们还有更多的数据要分析,所以这只是个开始。

阿塔卡玛宇宙学望远镜和普朗克望远镜的结果与标准宇宙学模型之间的密切一致是喜忧参半的,艾奥拉说:“知道我们的模型现在是健全的很好,但如果能看到一些新东西的暗示就好了。”尽管如此,他说,与2019年对星系运动的研究存在分歧,仍然存在未知物理可能在起作用的可能性。

就像普朗克卫星和它在地球上的兄弟南极望远镜一样,阿塔卡马望远镜凝视着大爆炸的余辉。这束光被称为宇宙微波背景光(CMB),标志着宇宙诞生38万年后,质子和电子结合在一起形成了最初的原子。在此之前,宇宙对于光是不透明的。

如果科学家能估计出光线从宇宙微波背景到达地球的距离,他们就能计算出宇宙的年龄。不过,说起来容易做起来难。判断宇宙与地球的距离是困难的。因此,科学家们转而测量天空中两个遥远物体之间的角度,让地球和这两个物体形成一个宇宙三角形。如果科学家也知道这些物体之间的物理距离,他们就可以使用高中的几何学来估计这些物体到地球的距离。

辉光的细微变化提供了锚点来形成三角形的另外两个顶点。这些温度和极化的变化是由早期宇宙的量子涨落引起的,这些涨落被膨胀的宇宙放大到不同密度的区域。(更密集的斑块会继续形成星系团。)科学家们对宇宙的早期有足够的了解,因此他们知道宇宙微波背景辐射的这些变化在温度上每隔10亿光年间隔一次,在偏振上间隔为10亿光年的一半。(就规模而言,我们的银河系直径约为20万光年。)

阿塔卡玛宇宙学望远镜以前所未有的分辨率和天空覆盖率测量了CMB的起伏,并对光的偏振进行了更近距离的观察。普朗克卫星测量了同样的光,但通过测量其高保真度的偏振,阿塔卡马的新照片揭示了更多我们所见过的最古老的模式。望远镜的首席研究员、普林斯顿大学亨利·德沃尔夫·史密斯物理学教授苏珊娜·斯塔格斯说。

麦克马恩团队设计和制造的新技术使这种测量成为可能。基本上,我们找到了如何让探测器测量两种颜色,并尽可能多地装入每个相机中,麦克马洪说,然后我们用超材料开发了新的镜头。(超材料是一种可以产生自然不存在的特性的材料。)

麦克马洪说,从望远镜的构想到部署到分析,这个过程跨越了近10年。与这个令人惊叹的团队合作开发这个项目,从概念草图到在宇宙学前沿产生结果,这绝对是美妙的。

Wendy Freedman教授解释了一种测量宇宙膨胀的新方法。

萨拉·西蒙现在在费米国家加速器实验室工作,她对探测器的设计做出了重大贡献;芝加哥大学研究生乔伊·格莱克发明了制造超材料光学的方法;芝加哥大学的研究生Maya mallabi - kay现在正致力于将数据集公布于众。

随着阿塔卡马宇宙学望远镜继续进行观测,天文学家们将对宇宙微波背景有更清晰的了解,并对宇宙起源的时间有更确切的了解。该团队还将仔细检查这些观测结果,寻找与标准宇宙学模型不符的物理迹象。这种奇怪的物理学可以解决由CMB的测量和星系运动所产生的对宇宙年龄和膨胀率的预测之间的分歧。

我们继续在智利用望远镜观察半边天,望远镜副主任、宾夕法尼亚大学天文学和天体物理学里斯·w·弗劳尔教授马克·德夫林说。随着两种技术精度的提高,解决冲突的压力只会越来越大。

我对任何特定的值都没有特别的偏好。不管怎样,这都将是有趣的。康奈尔大学的Steve Choi说,他是发表在arXiv.org上的另一篇论文的第一作者。我们发现一个膨胀速率正好符合普朗克卫星小组的估计。这使我们在测量宇宙最古老的光时更有信心。

# # #

引用:

阿塔卡玛宇宙学望远镜:DR4图和宇宙学参数Simone Aiola等人,2020年7月14日,天体物理学>宇宙学和非银河系天体物理学。

arXiv: 2007.07288

阿塔卡马宇宙学望远镜:测量98和150焦倍角的宇宙微波背景功率谱作者Steve K. Choi等人,2020年7月14日,天体物理学>宇宙学和非银河系天体物理学。

arXiv: 2007.07289

ACT团队是一个国际合作项目,由来自7个国家41个机构的科学家组成。该望远镜由美国国家科学基金会和其他成员机构提供支持。

您可能还会对下面的文章感兴趣: