从安第斯山脉到时间源头：望远镜探测到130亿年前的信号

天体物理学家利用智利北部安第斯山脉高海拔的望远镜，测量了这种偏振微波光，从而为宇宙历史上最不为人知的时期之一——宇宙黎明——描绘出更清晰的图像。

"人们曾认为这无法在地面实现。天文学是个受技术限制的领域，而宇宙黎明时期的微波信号是出了名的难以测量，"项目负责人、约翰斯·霍普金斯大学物理与天文学教授托比亚斯·马里奇表示。"与太空观测相比，地面观测面临更多挑战。克服这些障碍使此次测量成为一项重大成就。"

宇宙微波的波长仅数毫米且极其微弱。偏振微波光的信号还要微弱约一百万倍。在地球上，广播电波、雷达和卫星信号会淹没其信号，而大气变化、天气和温度波动则会使其失真。即使在理想条件下，测量这类微波也需要极其灵敏的设备。

来自美国国家科学基金会宇宙学大角尺度巡天（CLASS）项目的科学家，使用专门设计的望远镜探测大爆炸遗迹光中第一代恒星留下的"指纹"——这项成就此前仅能通过太空部署的技术实现，例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）和欧洲航天局的普朗克太空望远镜。

这项由约翰斯·霍普金斯大学和芝加哥大学主导的新研究，今日发表于《天体物理学杂志》。

通过将CLASS望远镜数据与普朗克、WMAP太空任务数据对比，研究人员识别出干扰信号，并精确锁定了偏振微波光中的共同信号。

偏振现象发生在光波撞击物体后发生散射时。

"当光线照射到汽车引擎盖上产生眩光时，那就是偏振现象。为获得清晰视野，可佩戴偏光镜消除眩光，"第一作者李云阳解释道。他在研究期间先后担任约翰斯·霍普金斯大学博士生和芝加哥大学研究员。"利用这个新发现的共同信号，我们就能确定观测结果中有多少是'宇宙黎明引擎盖'反射光线造成的宇宙眩光——打个比方说。"

大爆炸后，宇宙曾处于由稠密电子构成的迷雾状态，导致光能无法逃逸。随着宇宙膨胀冷却，质子捕获电子形成中性氢原子，微波光得以在星际空间自由传播。当第一代恒星在宇宙黎明时期形成时，其强大能量将电子从氢原子中剥离。研究团队测量了大爆炸光子穿过电离气体云时，遭遇游离电子并发生路径偏转的概率。

这些发现将有助于更精确界定来自大爆炸余辉（即宇宙微波背景辐射）的信号，从而构建更清晰的早期宇宙图景。

"更精确测量这个再电离信号是宇宙微波背景研究的重要前沿，"曾领导WMAP太空任务的约翰斯·霍普金斯大学布隆伯格杰出教授查尔斯·本内特指出。"宇宙如同我们的物理实验室。更精确的宇宙测量有助于完善对暗物质和中微子的认知——这些充斥宇宙却难以捕捉的粒子。通过分析未来更多的CLASS数据，我们期望达到可实现的最高精度。"

基于去年利用CLASS望远镜绘制75%夜空的研究成果，新发现进一步验证了CLASS团队的研究方法。

"其他地面实验无法实现CLASS的成就，"自2010年起资助CLASS设备及研究团队的美国国家科学基金会天文科学部项目主任奈杰尔·夏普表示。"CLASS团队显著提升了宇宙微波偏振信号的测量精度，这一重大飞跃印证了国家科学基金会长期支持所产生的科学价值。"

CLASS天文台在智利国家研究开发署支持下，运营于智利北部的阿塔卡马天文公园。

其他合作机构包括：维拉诺瓦大学、NASA戈达德太空飞行中心、芝加哥大学、美国国家标准与技术研究院、阿贡国家实验室、洛斯阿拉莫斯国家实验室、哈佛-史密松天体物理中心、奥斯陆大学、麻省理工学院、不列颠哥伦比亚大学。智利合作方包括：智利大学、智利天主教宗座大学、康塞普西翁大学、圣玛丽亚康塞普西翁天主教大学。

该天文台由美国国家科学基金会、约翰斯·霍普金斯大学及私人捐赠者共同资助。