宇宙水雲影揭示了早期宇宙的溫度

有時，天文學家和天體物理學家在如此巨大、令人費解的尺度上工作——無論是在距離還是時間方面——以至於你不禁對他們不斷提出的新發現感到震驚。

恰當的例子：宇宙最年輕階段的溫度檢查，即大爆炸後僅 8.8 億年，透過觀察距離地球約 138 億光年的冷水氣體雲投射的陰影成為可能。

這是迄今為止我們對宇宙溫度的最早觀察，科學家認為隨著時間的推移它會隨著膨脹和擴散而冷卻，這是尋找膨脹背後最神秘力量的另一個真正有用的資料點：暗能量。

馬克斯普朗克研究所的天文學家阿克塞爾韋斯說： “這個重要的里程碑不僅證實了比以前可能測量的更早的時期的預期冷卻趨勢，而且還可能對難以捉摸的暗能量的性質產生直接影響。 ”德國射電天文學（MPIfR）。

如何做到這一點的關鍵在於溫度的對比。使用法國的NOEMA（北擴充套件毫米陣列）望遠鏡，天文學家將注意力集中在HFLS3星系上，該星系被稱為星暴星系，因為它產生的新恆星數量異常多。

光從 HFLS3 到達我們需要很長時間，以至於我們看到它是因為它距離宇宙誕生不到 10 億年。我們還看到的是我們和銀河系之間的一大片水蒸氣雲，它比指示宇宙溫度的宇宙微波背景輻射 (CMB) 還要冷。

較冷氣體和 CMB 之間的溫差產生了所謂的吸收線，透過研究這些線，可以確定 CMB 的溫度。這是一個相當複雜的天體物理學，由 HFLS3 中新生恆星發出的紅外光使之成為可能。

研究人員計算出 HFLS3 表示的時間段內的 CMB 介於 16.4 和 30.2 開爾文（-256.8 到 -243 °C）之間，這與之前的 20 開爾文宇宙學模型預測相符。這是對我們建模的重要確認。

德國科隆大學的天體物理學家 Dominik Riechers 說： “除了冷卻的證據外，這一發現還向我們表明，處於嬰兒期的宇宙具有一些非常特殊的物理特徵，而這些特徵今天已不復存在。”

“相當早，大約在大爆炸後 15 億年，宇宙微波背景已經太冷，無法觀測到這種效應。因此，我們有一個獨特的觀測視窗，它只向一個非常年輕的宇宙開放。”

研究結果表明，先前對與膨脹相對應的溫度下降速率的估計在正確的區域內。現在嘗試進行這種讀數是行不通的——CMB 太冷了，無法產生相同的溫度對比。

當談到暗能量時，人們認為這會推動宇宙的膨脹，但能夠直接觀察到它仍然超出了我們當前儀器的範圍。然而，我們可以透過觀察它的影響來了解更多關於它的資訊——包括宇宙膨脹的速度和 CMB 溫度的下降。

像往常一樣，一項研究會引發許多其他研究。研究小組現在正在尋找可以應用相同技術的其他冷水雲，目的是在大爆炸後的前 15 億年內獲得另一個讀數。

“我們的團隊已經透過研究其他星系的周圍環境與 NOEMA 一起跟進這一點，”來自法國無線電天文學研究所 (IRAM) 的天文學家 Roberto Neri 說。

“隨著對更大水雲樣本研究的預期精度提高，我們目前對宇宙膨脹的基本理解是否成立還有待觀察。”