全球首次！天上的活儿，地上也能干

编译 ｜ 徐锐

美国科学家首次使用地基望远镜回溯了130亿年前宇宙第一批恒星散射的偏振光。他们利用位于智利安第斯山脉的一台望远镜测量了这种偏振微波信号，从而更清晰地描绘出宇宙历史上最不为人知的时期——“宇宙黎明”。相关研究6月11日发表于《天体物理学杂志》。

科学家利用智利望远镜探测到宇宙第一批恒星散射的光，提供了对古代宇宙的新见解。 图片来源：Shutterstock

宇宙大爆炸后，炽热的等离子体密度极高，就连光也无法自由穿梭其中。随着宇宙膨胀并逐渐冷却，质子捕获电子形成中性氢原子，使光得以自由穿梭。而第一批恒星在宇宙诞生数亿年后形成时释放出大量能量，又将中性氢原子中的电子剥离出来。穿梭的光遇到这些游离的电子就会偏离轨道。这一过程改变了宇宙微波背景辐射的偏振状态，最终留下了类似“指纹”的痕迹。科学家通过测量这些微弱的偏振信号，可以了解第一批恒星是如何影响宇宙早期环境的。

宇宙微波的波长只有几毫米，且非常微弱，而偏振微波信号则比它还要微弱——仅为前者的100万分之一。地球上的无线电波、雷达和卫星信号都能将偏振微波信号淹没，而大气扰动、天气和温度变化等则会扭曲这些信号，使其失真。即使在完美条件下，测量偏振微波信号也需要极其灵敏的设备。

“‘宇宙黎明’时期的微波信号因难以测量而闻名，人们认为相关探测不可能在地面上完成。”美国约翰斯·霍普金斯大学物理学和天文学教授、美国国家科学基金会宇宙学大角度尺度探测器（CLASS）项目负责人Tobias Marriage说，“与太空观测相比，地面观测面临额外的挑战。这次测量克服了这些障碍，从而成为一项重要成就。”

CLASS项目科学家使用设计独特的地基望远镜探测宇宙大爆炸遗迹中第一批恒星留下的“指纹”。这样的探测以前只有通过部署在太空中的设备才能实现，如美国国家航空航天局的威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）和欧洲空间局的普朗克太空望远镜。

研究人员通过将CLASS望远镜的数据与WMAP和普朗克太空望远镜的数据进行比较，确定了干扰源，并将范围缩小到偏振微波光的共同信号上。

研究人员表示，当光波碰到天体后散射时，就会发生偏振。偏振光就像阳光照射在汽车引擎盖上产生的眩光。基于新的共同信号，研究人员可以确定他们所看到的有多少是“宇宙黎明”“引擎盖”所反射的宇宙眩光。这些发现将有助于更好地定义来自大爆炸残余辉光或宇宙微波背景的信号，并形成更清晰的早期宇宙图景。