在智利北部的阿塔卡馬沙漠，一臺在2007年至2022年間運行的望遠鏡——阿塔卡馬宇宙學(xué)望遠鏡（ACT），經(jīng)過15年的觀測，公布了其最終的數(shù)據(jù)，并生成了迄今為止最清晰的宇宙“嬰兒時期”的圖像。近日，ACT合作組發(fā)布了這些圖像，為人類揭示了可觀測宇宙最早期的狀態(tài)。
宇宙微波背景
ACT的核心目標(biāo)是高精度測量宇宙微波背景（CMB）的溫度和極化各向異性。
那么，什么是CMB呢？
在大爆炸后的最初幾十萬年里，宇宙充滿了熾熱的等離子體，光子不斷被電子散射，導(dǎo)致光無法自由傳播。這也意味著當(dāng)時的宇宙處于不透明狀態(tài)。到了大爆炸后的約38萬年，宇宙已經(jīng)冷卻到足以使電子和質(zhì)子結(jié)合，形成穩(wěn)定的中性氫。這個時候，光子不再受阻，可以自由地傳播。
今天，這些光仍然彌漫在宇宙中，并且它們的波長也隨著宇宙的膨脹被拉伸到更長的微波。因此，這些能夠被探測到的最古老的光，也被稱為CMB。CMB代表了我們所能觀測到的宇宙歷史的第一個階段。
插圖中的彩色區(qū)域顯示了新圖像所捕捉到的宇宙歷史時期。（圖/Lucy Reading Ikkanda, Simons Foundation）
ACT的突破
ACT并不是首個探測CMB的望遠鏡，但與十多年前普朗克衛(wèi)星繪制的CMB圖像相比，新的CMB圖像具有更高的分辨率。
事實上，ACT測量的光的強度和偏振的分辨率比普朗克高五倍，靈敏度提升了三倍。這一改進使得ACT不僅能夠更清晰地觀測最早的恒星和星系的形成，還能直接探測到極其微弱的偏振信號。
這種偏振特征很重要，因為它揭示了處于宇宙嬰兒時期的氫氣和氦氣是如何運動的。
ACT與普朗克衛(wèi)星數(shù)據(jù)結(jié)合后獲得的CMB圖（左），以及局部高清CMB特寫（右）。橙色和藍色代表CMB中輻射強度的變化，揭示了宇宙密度的微小起伏。銀河系在圖像中呈紅色。（圖/ACT Collaboration; ESA/Planck Collaboration）
新圖像還清晰地顯示了嬰兒宇宙中氣體的密度和速度的微小變化，揭示了這片原始的氫和氦的“海洋”中，高密度和低密度區(qū)域的分布。這些早期的宇宙“山丘”與“山谷”綿延數(shù)百萬光年。在隨后的數(shù)百萬年至數(shù)十億年間，引力逐漸將高密度氣體區(qū)域向內(nèi)拉攏，最終形成了恒星與星系。
標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的驗證
這些新的高分辨率圖像，正在幫助科學(xué)家解答關(guān)于宇宙起源的關(guān)鍵問題。它們提供了迄今為止對宇宙年齡的最精確測量，并對宇宙的基本屬性進行了深入驗證。
新測量結(jié)果表明，可觀測宇宙的半徑約為500億光年，總質(zhì)量相當(dāng)于1900個“ζ-太陽”（約1.9×102?個太陽質(zhì)量）。其中，普通物質(zhì)（可直接觀測的物質(zhì)）僅占100個ζ-太陽的質(zhì)量，而暗物質(zhì)占約500個ζ-太陽的質(zhì)量，剩余的1300個ζ-太陽質(zhì)量是導(dǎo)致宇宙加速膨脹的暗能量。
這些觀測數(shù)據(jù)為標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型提供了迄今最嚴(yán)格的檢驗。盡管研究人員使用不同的方法進行了額外測試，但迄今未發(fā)現(xiàn)任何超出該模型的異?，F(xiàn)象。ACT的測量結(jié)果再次證明，該模型能夠精準(zhǔn)描述宇宙的演化歷史。
除了CMB觀測，ACT在測量過程中還捕捉到了來自其他宇宙天體的信號。通過這些數(shù)據(jù)，天文學(xué)家可以回溯宇宙的歷史——從銀河系，到擁有超大質(zhì)量黑洞的遙遠星系，再到巨大星系團，最終一直追溯到宇宙的嬰兒期。
這些研究結(jié)果不僅驗證了標(biāo)準(zhǔn)宇宙學(xué)模型的穩(wěn)健性，也展現(xiàn)了CMB測量在探索宇宙演化歷程中的強大能力——從宇宙誕生之初到恒星和星系的形成。
未來展望
ACT已于2022年完成全部觀測任務(wù)，未來的研究重心將轉(zhuǎn)向下一代望遠鏡——西蒙斯天文臺（Simons Observatory）。該望遠鏡將建于ACT的同一地點，并具備更先進的探測能力。
此外，ACT的所有數(shù)據(jù)現(xiàn)已公開，供全球研究人員自由訪問，為未來的宇宙學(xué)研究提供寶貴資源。這項研究不僅讓我們更清晰地看到宇宙的過去，也幫助我們理解其未來的演化方向。
#參考來源：
https://www.princeton.edu/news/2025/03/18/new-high-definition-images-released-baby-universe
https://news.ucr.edu/articles/2025/03/18/universes-baby-pictures-just-got-clearer
https://www.science.org/content/article/sharpest-image-yet-our-universe-baby
https://www.simonsfoundation.org/2025/03/18/atacama-cosmology-telescope-publishes-final-major-data-release/
#圖片來源：
封面圖：ACT Collaboration
首圖：ACT Collaboration
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