普朗克空间望远镜提供了迄今为止最详细的宇宙微波背景图,这是大爆炸的残余辉光。
科学家们公布了来自耗资 6 亿欧元的欧洲航天局(ESA)探测器的结果,他们表示,这些结果为我们宇宙诞生的最初瞬间提供了新的视角。他们还将宇宙的年龄定为 138.1 亿年——比之前估计的略长。
英国剑桥大学卡弗里宇宙学研究所所长、普朗克首席研究员之一乔治·埃夫斯塔修表示:“对于宇宙学家来说,这张地图是信息的金矿。”
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普朗克的结果有力地支持了一种观点,即在大爆炸后约 10-32 秒内,宇宙以惊人的速度膨胀——这个过程被称为暴胀。
暴胀可以解释为什么宇宙如此之大,以及为什么我们无法探测到空间结构中的任何曲率(除了黑洞等巨大物体造成的微小凹陷)。原始宇宙的突然膨胀还将量子涨落放大成物质团块,这些团块后来成为第一批恒星的种子,并最终形成了跨越数亿光年的零星超星系团。
普朗克研究的宇宙微波背景(CMB)辐射可以追溯到大爆炸后约 38 万年,当时宇宙已经冷却到几千度,中性的氢原子和氦原子开始从沸腾的带电等离子体中形成。这使得光子能够畅通无阻地穿过空间,形成一种带有暴胀回声的模式。这些光子今天仍然存在,以 2.7 K 的微弱微波辉光的形式存在。
自从 1965 年首次探测到 CMB 以来,宇宙背景探测器(COBE)和威尔金森微波各向异性探测器(WMAP)已经以越来越高的精度绘制了 CMB 中微小的温度变化图。这使得宇宙学家能够计算出大爆炸发生的时间,估计宇宙中看不见的暗物质的数量,并测量加速宇宙膨胀的“暗能量”。
普朗克于 2009 年发射,其灵敏度是其前身 WMAP 的三倍以上。其高频微波探测器被冷却到仅比绝对零度高 0.1 度。这使其能够探测到 CMB 温度低至百万分之一度的变化。
这些精确的测量表明,宇宙的膨胀速度略低于 WMAP 的估计。这个速度,被称为哈勃常数,为每兆秒差距 67.3 公里每秒,这表明宇宙的年龄比 WMAP 计算的要大 8000 万年左右。
这也意味着暗能量占宇宙能量密度的 68.3%,比例略小于 WMAP 的估计。暗物质的贡献从 22.7% 增加到 26.8%,而普通物质的贡献不到 5%。
普朗克还证实了 WMAP 早先注意到的一些奇怪现象。最简单的暴胀模型预测,CMB 中的涨落在整个天空中应该看起来都一样。但是 WMAP 发现,普朗克也证实了,天空的相对半球之间存在不对称性,以及覆盖很大区域的“冷斑”。埃夫斯塔修说,这种不对称性“定义了空间中的首选方向,这是一个极其奇怪的结果”。这排除了某些暴胀模型,但并没有破坏暴胀本身的观点,他补充道。然而,这确实提出了令人兴奋的暗示,即普朗克的数据中可能还有新的物理学有待发现。
到目前为止,该团队已经分析了大约 15.5 个月的数据,“我们还有大约相同数量的数据需要研究”,埃夫斯塔修说。该团队预计将在 2014 年初发布下一批数据。