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之前最好的宇宙微波背景辐射图片（左）和最新的普朗克图片（右） 近日科学家创造了目前为止有关早期宇宙最具细节的地图。欧洲太空局普朗克卫星拍摄的图片显示了宇宙大爆炸后瞬间的情景，并暗示了宇宙的年龄比之前科学家预想的还要老8000万年。普朗克卫星的描绘图展示了宇宙最古老的光在宇宙只有38万岁的时候印在天空时的情景。 这张图片是基于耗资5.15亿英镑的普朗克太空望远镜最初15.5个月搜集的数据。“普朗克绘制的婴儿宇宙图片的超高质量使得我们能够层层撕开宇宙直达根本处，一窥宇宙最初的模样，它表明我们绘制宇宙蓝图远远不够完整。” 欧洲航天局局长让-雅克·多丹(Jean-Jacques Dordain)这样说道。 普朗克的数据同时也提供了目前宇宙膨胀速率的最新值，暗示着宇宙的年龄其实是138.2亿年——比之前预想的要老8000万年。这项发现支持了一个名为膨胀的关键理论，该理论称宇宙在瞬间从亚原子大小爆发膨胀到现在观测到的巨大体积。 宣布普朗克卫星描绘地图的天体物理学家乔治（George Esfthathiou）表示这项发现也提供了有关宇宙组成成分的新特性。“对于一名宇宙学家来说，这张地图就像一个信息金矿。”乔治说道。他表示宇宙是由略微更多的正常物质以及较少的神秘暗物质和暗能量组成。 “自从2010年发布首张普朗克全天图像后，我们更加小心的提取和分析我们现在和宇宙发出的第一束光之间的前景辐射，它以超高细节揭示了宇宙微波背景辐射。”英国剑桥大学的乔治这样说道。 这张图片是基于普朗克15.5个月收集的数据，它是该任务第一张有关宇宙最古老的光的全天图片，当时宇宙只有38万年历史。在那个时候，年轻的宇宙充满了由相互发生作用的质子、电子和光子组成的炙热密集汤，温度高达2700摄氏度。当质子和电子结合形成氢原子时，光子就获得自由形成了光。 随着宇宙的不断膨胀，现在的光被拉伸成微波波长，温度相当于绝对零度以上2.7摄氏度。“宇宙微波背景辐射”，也即CMB，展示了在宇宙早期密度略微不同导致的温度的细微起伏，体现了所有未来结构的种子：也即今日的恒星和星系。 根据宇宙学标准模型，这些起伏在宇宙大爆炸发生后瞬间产生，并且在加速膨胀的简短时期，也被称为膨胀期，被拉伸成宇宙学意义上的大规模。普朗克卫星的目标是以前所未有的高分辨率和敏感度绘制整个天空的起伏。 通过分析普朗克CMB图片里种子的本质和分布，科学家能够确定宇宙从出生到现在的成分和进化。总体来说，从普朗克的最新地图里抽取的信息以无与伦比的精确性提供了对宇宙学标准模型的最佳证明。 由于普朗克地图的精确性如此之高，它甚至展示了某些特殊的无法解释的新特征，可能需要新的物理学来对之进行解释。其中一个令人惊讶的发现便是天空相反半球的平均温度所呈现的不对称性。这与标准模型所做的预测背道而驰，后者称无论从任何方向观测宇宙大体上都是相似的。
结果显示冷点远比预想的要更大，它的存在挑战了宇宙对称性理论。 此外，一个延伸了一部分天空的冷点也比预想的要更大。普朗克卫星的先驱，美国宇航局威尔金森微波各向异性探测器（WMAP）任务，已经发现了这种不对称性和冷点，但因对它们宇宙起源的不确定性而很大程度上忽略了它们的存在。 “普朗克监测到了这些异常现象已经消除了对后者存在的怀疑；它们不再被认为是测量导致的失误。它们真实存在，我们必须寻找可信的解释。”意大利菲拉拉大学的保罗·纳托利（Paolo Natoli）这样说道。 “想象一下我们正在调查一栋房子的根基，但发现其中某些部分非常脆弱。你可能不知道这些部分是否最终导致这栋房屋的倒塌，但你肯定会立即采取措施加固这些薄弱环节，”法国巴黎天体物理学研究所的弗朗索瓦·布谢(Fran?oisBouchet)这样补充说道。 这些异常情况的解释之一便是：如果从大规模范围观测宇宙，每个方向所看到的宇宙并非都是一样的，欧洲太空局这样说道。这种情况下，宇宙微波背景辐射发出的光线可能会经过一个远比之前理解的更加复杂的路线，从而导致现在观测到的某些罕见的特征。 “我们的终极目标是建构一个新模型以预测各种异常情况，并将它们联系在一起。这只是初期阶段；到目前为止我们并不知道这是否可行，以及需要什么类型的新物理学——但这仍让人兴奋不已。”乔治教授说道。
宇宙自大爆炸起到今日的进化历史 除了这些异常情况，普朗克的数据非常符合一个相对简单的宇宙模型的预测，这使得科学家能够提取其中最精华的部分。组成星系和恒星的正常物质只占了整个宇宙质量/能量密度的4.9%。暗物质，一种目前只通过它的引力影响而间接探测到的神秘物质，组成了整个宇宙的26.8%，比之前预估计的要更多。 相反，暗能量，一种被认为是导致宇宙加速的神秘力量，所占据的比率比之前预想的要少。“普朗克提供了目前为止最精确最细节的微波太空地图，它正在描绘宇宙的一副新图像，不断推动我们对当前宇宙理论的理解的极限。我们看到了对宇宙学标准理论近乎完美的匹配，但是其中某些令人困惑的特征也促使我们重新思考某些基本的猜想。这只是新旅程的开始，我们期望对普朗克数据的持续分析将提供对这一谜题的新见解。”（编译/严炎 刘星） |
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