“初光”发现揭示星系团的种子

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数十亿年前,宇宙在科学家称为大爆炸的剧烈事件中爆发。理论家们认为,宇宙自此一直在膨胀,并在此过程中冷却下来,为星系、星系团、恒星和行星等天体的形成提供了合适的条件。虽然宇宙膨胀现在是一个公认的事实,但这些天体究竟是如何形成的仍然是一个谜。然而,现在,在智利沙漠中使用名为宇宙背景成像仪的射电望远镜工作的研究人员已经捕获了来自新生宇宙的第一束光(见图片),展示了星系团的最初内核。这些发现为暴胀理论提供了新的支持。

在宇宙诞生大约30万年之前,年轻的宇宙仅仅是由光子与物质的电离前体紧密耦合而成的云团组成。这是一个“黑暗”时期——没有光可以逃脱新兴的宇宙,因为所有的光子都被捕获并散射在电离物质的等离子体中。然而,随着宇宙的冷却,条件最终开始允许稳定的原子形成,将光子从物质的束缚中释放出来,并创造了研究人员称之为宇宙微波背景(CMB)的开端。CMB是一种均匀的辐射结构,以2.7开尔文的恒定温度覆盖整个宇宙。它是大爆炸冷却后的残余,呈现出物质首次开始形成并释放光时的宇宙快照。研究CMB是研究人员了解宇宙起源和物质起源的最佳方式。长期以来,人们认为CMB温度的细微变化代表了星系的起源,但直到现在,宇宙学家实际看到的温度变化都太大了,与星系或星系团没有直接关系。宇宙背景成像仪检测到的结构大约是太阳质量的1015倍——以人类的标准来看很大,但却是CMB中看到的最小的结构。

加州理工学院的团队负责人安东尼·里德海德说:“我们第一次看到了产生星系团的种子,从而使星系形成的理论有了坚实的观测基础。”美国国家科学基金会(NSF)主任丽塔·科尔韦尔补充说:“这是最精妙、最令人兴奋的基础研究。早期宇宙的每一张新图像都在完善我们关于这一切如何开始的模型。正如宇宙不断增长和扩展一样,人类对自身起源的认识也在不断扩展。”

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