阿塔卡马宇宙学望远镜测量宇宙中最古老的光

国家智利科学基金会的《阿塔卡马宇宙望远镜》的天文学家从智利阿塔卡马沙漠的高山上，重新审视了宇宙中最古老的光。他们的新观测结果加上一点宇宙几何学表明，宇宙已有137.7亿年的历史，赋予或等于4000万年。

新的估算值与宇宙标准模型提供的估算值相吻合，并且与普朗克卫星(从2009年至2013年运行的一个天基观测站)对同一光的测量结果一致。

7月15日发布在arXiv.org上有关发现的两篇新论文之一的第一作者西蒙娜·艾奥拉(Simone Aiola)说，这为天体物理学界正在进行的辩论增添了新的变化。麻烦的是，测量星系运动的研究小组已经计算出宇宙比普朗克研究小组预测的要年轻亿万年。这种差异表明可能需要针对宇宙的新模型，并引发了人们对其中一组测量值可能不正确的担忧。

纽约熨斗研究所计算天体物理学中心的研究人员艾奥拉说：“现在我们提出了普朗克和阿塔卡马宇宙望远镜达成一致的答案。”“事实证明，这些困难的测量是可靠的。”

宇宙的年龄还揭示了宇宙膨胀的速度，这个数字叫做哈勃常数。阿塔卡马的测量结果表明，哈勃常数为每秒67.6公里/兆帕。这个结果几乎与普朗克卫星小组先前估计的67.4完全吻合，但是它比从银河系测量得出的74慢。

芝加哥大学天文学与天体物理学副教授杰夫·麦克马洪(Jeff McMahon)表示：“进行这项独立的测量真的很令人兴奋，因为该领域存在一个谜，这有助于我们加深对这个谜的理解。”探测器和用于进行此测量的其他新技术。“这证实了持续的差异。而且我们还有更多的数据需要分析，因此这仅仅是开始。”

Aiola说，阿塔卡马宇宙望远镜和普朗克结果与标准宇宙学模型之间的密切协议是苦乐参半的：“很高兴知道我们现在的模型很健壮，但是很高兴看到一些新事物。”他说，尽管如此，对2019年关于星系运动的研究的分歧仍然存在着未知物理学可能正在起作用的可能性。

就像普朗克卫星及其南极望远镜的近地表亲一样，阿塔卡马望远镜也凝视着大爆炸的余辉。这种光被称为宇宙微波背景，即CMB，标志着宇宙诞生后38万年，质子和电子结合形成第一个原子。在此之前，宇宙对光是不透明的。

如果科学家能够估计CMB到达地球的距离，那么他们可以计算出宇宙的年龄。不过，说起来容易做起来难。判断距地球的宇宙距离很困难。因此，科学家改为测量两个遥远物体之间的天空角度，使地球和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，他们可以使用高中几何学来估计物体与地球的距离。

CMB发光的细微变化提供了锚点，以形成三角形的其他两个顶点。温度和极化的这些变化是由于早期宇宙中的量子涨落引起的，而量子涨落被不断膨胀的宇宙放大成密度变化的区域。(更密集的斑块将继续形成星系团。)科学家对宇宙的早期有足够的了解，知道CMB中的这些变化通常应每隔十亿光年间隔开一遍温度，而一半则用于极化。(就规模而言，我们的银河系的直径约为200,000光年。)

阿塔卡马宇宙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，仔细观察了光的偏振。望远镜的主要研究者，亨利·德沃尔夫·史密斯教授亨利·德沃尔夫·史密斯教授说：“普朗克卫星测量了相同的光，但是通过以更高的保真度测量偏振，来自阿塔卡马的新照片揭示了我们见过的更多最古老的图案。”普林斯顿大学物理系。

借助麦克马洪团队设计和制造的新技术，可以进行此测量。麦克马洪说：“基本上，我们想出了如何使检测器测量两种颜色并将尽可能多的颜色装入每个摄像机的方法。”“然后，我们用超材料开发了新的镜片。”(超材料是一种工程材料，旨在产生自然不存在的特性。)

麦克马洪说，从构思到望远镜的部署再到分析，这一过程已经跨越了近十年的时间。“与这个出色的团队合作，从概念草图一直到在宇宙学的最前沿产生结果的过程中，一直开发这个项目，这真是太棒了。”

现任费米国家加速器实验室的Sara Simon为检测器设计做出了重要贡献。芝加哥大学的研究生Joey Golec开发了制造超材料光学的方法。芝加哥大学的研究生Maya Mallaby-Kay现在正在努力使数据集公开。

随着阿塔卡马宇宙望远镜继续进行观测，天文学家将对CMB有了更清晰的了解，并对宇宙开始多久有了更精确的认识。该团队还将搜寻那些观测结果，以寻找不符合标准宇宙学模型的物理现象。这种奇特的物理学可以解决由CMB的测量和星系运动引起的对年龄和宇宙膨胀率的预测之间的分歧。

“我们正在继续用望远镜观察智利的半边天，”该望远镜的副主任，宾夕法尼亚大学天文与天体物理学教授里斯·W·弗劳德·马克·德夫林说。“随着两种技术的精度提高，解决冲突的压力只会越来越大。”

“我没有任何具体的价值有特别的爱好-这将是有趣的这样或那样的，”康奈尔大学的史蒂夫·崔，发布到其他论文的第一作者说arXiv.org。“我们发现普朗克卫星团队的估计正确的扩展速率。这使我们对测量宇宙最古老的光更有信心。”

ACT团队是一个国际合作，由来自七个国家的41个机构的科学家组成。该望远镜得到了美国国家科学基金会的支持和会员机构的贡献。