天文学家首次利用地面望远镜观测宇宙曙光

　　天文学家首次以地面望远镜观测130亿年前、宇宙大爆炸后形成的第一批恒星，看看它们如何影响大爆炸发出的光，如同观测宇宙黎明时分的曙光。

　　美国约翰‧霍普金斯大学（Johns Hopkins University）在6月11日发布的新闻稿中指出，天文物理学家利用位于智利北部安第斯山脉高处的望远镜测量了这种偏振微波，从而更清晰地描绘出“宇宙黎明”（Cosmic Dawn）这个宇宙历史上最不为人知的时期之一。

　　主导这项研究的该校物理与天文学教授马里吉（Tobias Marriage）表示，人们认为这不可能经由地面望远镜完成。天文学是一个技术受限的领域，而“宇宙黎明”发出的微波讯号素以难以测量而闻名。

　　宇宙微波的波长只有几毫米，而且非常微弱。偏振微波讯号则弱了100万倍。地球上的无线电广播、雷达和卫星讯号可能会压过这些讯号，而大气、天气和温度的变化也会使其发生扭曲。即便在理想条件下，测量这种微波也需要极其灵敏的设备。

　　美国国家科学基金会（National Science Foundation）的宇宙学大角度尺度探测器（Cosmology Large Angular Scale Surveyor，CLASS）项目的科学家，使用独特设计的望远镜探测到宇宙大爆炸后第一批恒星留下的遗迹。

　　此一创举先前只有经由部署在太空中的装置才能完成，例如美国国家航空航天局（NASA）的威尔金森微波各向异性探测器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe，WMAP）和欧洲太空总署（ESA）的普朗克（Planck）卫星。

　　研究人员将CLASS望远镜的资料与普朗克和WMAP太空任务的资料进行比较。他们发现了干扰，于是缩小了来自偏振微波的共同讯号范围。

　　当光波遇到物体并散射时，就会发生偏振（polarization）。这项研究的主要报告撰写人、该校前博士研究生李云炀（Yunyang Li）举例说：“当光线照射到汽车引擎盖上时，你会看到眩光，这就是偏振。为了看清楚，你可以戴上偏光眼镜来消除眩光。”

　　李云炀说：“利用新的共同讯号，我们可以确定我们所看到的有多少是从‘宇宙黎明’引擎盖反射的光线所产生的宇宙眩光。”

　　在大爆炸发生之后，宇宙是一团浓密的电子，其密度高得使光无法逃脱。随着宇宙膨胀和冷却，质子捕获电子形成中性氢原子，微波也得以自由地在氢原子之间的空间中行进。

　　在“宇宙黎明”时期，当第一批恒星形成时，它们强大的能量将电子从氢原子中剥离出来。研究人员测量了来自大爆炸的光子在穿越电离气体云的途中遇到其中一个获释电子并偏离轨道的概率。

　　这些发现将有助于天文学家更好地定义来自宇宙大爆炸残余辉光或宇宙微波背景（cosmic microwave background）的讯号，进而更清晰地了解宇宙初期的模样。

　　主导WMAP太空任务的该校教授贝内特（Charles Bennett）说：“对我们来说，宇宙就像一个物理实验室。更深入地测量宇宙有助于我们更好地了解暗物质和中微子这些充满宇宙、数量众多却难以捉摸的粒子。借由在未来分析更多CLASS资料，我们希望达到尽可能高的精确度。”

　　上述研究成果于6月11日发表在《天文物理期刊》（The Astrophysical Journal）上。

　　天文学家首次以地面望远镜观测“宇宙黎明”发出的微波讯号。此为示意图。(Shutterstock)