冷点的起源与宇宙学之谜

作者: Zwicky

来源: https://www.ras.org.uk/news-and-press/2982-new-survey-hints-at-exotic-origin-for-the-cold-spot

发布日期: 2017-04-27

天文学家在宇宙微波背景辐射中发现的冷点,可能预示着宇宙学模型之外的现象,如多重宇宙的存在。

自1960年开始,天文学家就观测到宇宙中弥漫着电磁背景辐射,即所谓的微波背景辐射(CMB)。它是宇宙中最古老的光,产生于宇宙大爆炸之后不到40万年的时候。我们对它的了解越是深刻,就代表了我们对原始宇宙的状态知道的越多。2004年,天文学家在对宇宙中无处不在的CMB进行测量时,发现了一些非比寻常的东西。他们发现,在CMB中有一片巨大的区域温度要比周围的低。

因此,这片区域被称为“冷点”(cold spot)。

冷点并非是CMB中最古怪的东西。科学家也发现了其它一些异常现象,比如一半天空的辐射信号似乎比另一半要强。标准宇宙学模型对CMB的细节进行了预言,但也无法完全解释这些异常,而冷点是其中最为突出的。多年以来,天文学家提出了各种各样的理论来解释它,比如仪器的误差,或数据分析的方式有误等等。

但获得最多支持的假说认为这是宇宙中的一个超级空洞(supervoid)。然而,英国杜伦大学的科学家的一个最新研究排除了存在超级空洞的可能。他们的结论也打开了一个新的可能性:也许冷点的存在是因为不同宇宙之间的碰撞?

CMB覆盖着整个天空,而且所有地方的温度似乎都差不多,平均温度仅比绝对零度高一点,为-270.43°C。冷点的温度要比周围低0.00015°C。或许你会认为这只是一点点的差异,但就是这一点点,对于标准宇宙学模型来说如同芒刺在背。先前,科学家都认为这是一片超级空洞——横跨数十亿光年,只包含少量星系。为了检验这个理论,杜伦大学的科学家利用英-澳望远镜对冷点所在的区域进行了一次巡天观测。

经过对约7000个星系数据的分析后,科学家并没有发现有证据表明冷点和星系数量的缺乏有关联。换句话说,这并不是先前所认为的是一个超级空洞。他们发现,冷点区域可以被分为许多小的空洞,每一个都由星系团所包围。这种肥皂泡式结构和宇宙中的其它区域并没有什么不同。但如果这不是一个超级空洞,那又会是什么呢?

作者在论文中总结到,冷点的来源要么是来自标准宇宙学模型中的一个极不可能的涨落,要么是早期宇宙中的非高斯条件产生的一个特征。但更令人兴奋的是,答案或许隐藏在当前标准宇宙学模型之外。例如,杜伦大学的物理学家Tom Shanks就表示,这个冷点是由我们的宇宙和另一个宇宙之间的对撞产生的。未来,对CMB数据的进一步分析如果能支持这一观点,这将成为多重宇宙的第一个观测证据。

就目前而言,由于不确定性过大,我们也不应该为此牺牲太多睡眠。关于冷点谜题的求解将继续。我们并不知道故事的结局会是什么。

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