宇宙水云的阴影揭示了早期宇宙的秘密 证实了暗能量的特性

　　一个国际天体物理学家小组发现了一种新方法，可以估计大爆炸后仅 8.8 亿年的年轻宇宙的宇宙微波背景温度。这是第一次在宇宙如此早期测量宇宙微波背景辐射的温度——宇宙大爆炸释放能量的遗迹。

　　流行的宇宙学模型假设宇宙自大爆炸以来已经冷却——并且仍在继续冷却。该模型还描述了冷却过程应该如何进行，但到目前为止，它只在相对较近的宇宙时期得到了直接证实。这一发现不仅为宇宙背景温度的发展设定了一个非常早期的里程碑，而且还可能对神秘的暗能量产生影响。《自然》杂志于2022年2月2日发表了文章《H2O吸收红移6.34的微波背景温度》。

　　科学家们利用北半球最强大的射电望远镜——法国阿尔卑斯山的NOEMA(北方扩展毫米阵列)天文台，在相当于大爆炸后仅8.8亿年年龄的距离上，观测到了一个巨大的恒星暴增星系HFLS3。他们发现了一个冷水气体屏，给宇宙微波背景辐射投下了阴影。之所以会出现阴影，是因为较冷的水在通往地球的路径上吸收了较暖的微波辐射，其黑暗程度揭示了温差。由于水的温度可以从观测到的恒星爆发的其他特性中确定，这种差异表明了大爆炸遗迹辐射的温度，当时的温度比今天宇宙中的温度高大约7倍。

　　“除了冷却的证据外，这一发现还向我们展示了处于婴儿期的宇宙具有一些今天不再存在的非常具体的物理特征。”科隆大学天体物理研究所的主要作者 Dominik Riechers 教授说。“相当早，大约在大爆炸后 15 亿年，宇宙微波背景已经太冷，无法观测到这种效应。因此，我们有一个独特的观察窗口，它只向一个非常年轻的宇宙敞开。”他继续说道。“换句话说，如果今天存在一个与 HFLS3 具有相同特性的星系，水影将无法观察到，因为所需的温度对比将不再存在。”

　　“这个重要的里程碑不仅证实了比以前可能测量的更早的时期的预期冷却趋势，而且还可能对难以捉摸的暗能量的性质产生直接影响。”位于波恩的马克斯普朗克射电天文研究所 (MPIfR)的Axel Weiss 博士说。“暗能量被认为是造成过去数十亿年宇宙加速膨胀的原因，但它的性质仍然知之甚少，因为目前可用的设施和仪器无法直接观察到它。然而，它的特性会影响宇宙膨胀的演变，从而影响宇宙在宇宙时间内的冷却速度。”

　　基于这个实验，暗能量的特性目前与爱因斯坦的“宇宙常数”保持一致。“也就是说，一个膨胀的宇宙，其中暗能量的密度不会改变。”韦斯解释说。

　　在宇宙早期的一个星暴星系中发现了这样一种冷水云后，该团队现在正着手在天空中寻找更多。他们的目标是在宇宙历史的前 15 亿年中绘制出大爆炸回波的冷却图。“这项新技术为宇宙的演化提供了重要的新见解，在如此早期的时代很难以其他方式约束。”Riechers 说。

　　“我们的团队已经通过研究其他星系的环境来跟踪 NOEMA。”共同作者和 NOEMA 项目科学家 Roberto Neri 博士说。“随着对更大水云样本研究的预期精度提高，我们目前对宇宙膨胀的基本理解是否成立还有待观察。”