它把很多宇宙的終極奧秘擋在了身后。
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宇宙演化時間線。宇宙大爆炸后約38萬年時產生的微波背景,是一道難以逾越的光墻。
NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky (GSFC)
宇宙中有一堵朝各個方向無限延伸的墻——宇宙微波背景。它是宇宙創生時留下的余暉,是一堵光之墻,也把很多宇宙的終極奧秘擋在了身后。
在這堵墻背后,有著太多與宇宙極早期有關的故事——基本粒子的出現、首批原子核的誕生,以及在能量和物質波動的推動下星系和超大質量黑洞的誕生等。但這一切對于我們來說都是不可見的。
這是因為當我們遙望宇宙,追溯其久遠的歷史,最多只能看到宇宙誕生38萬年后的景象。在此之前,宇宙處于極度致密、極度熾熱的狀態。那個時候,光還無法在宇宙中自由穿梭。
而當宇宙膨脹,輻射冷卻成了微波,所有與那個時候有關的信息,也都被擋在了這堵墻背后。
不過盡管我們永遠也無法直接看到這堵墻背后的東西,科學家仍希望通過間接的方法獲取墻后的信息。
例如近日一些科學家又對未來該如何實現這個目標進行了探討。
部分學者認為,我們可以通過探測微弱的X射線,尋找隱藏在這堵墻背后的線索。
所謂“宇宙大爆炸”,和人們通常的認識有所不同,它的實質是時空的膨脹。
早期宇宙的密度波動,可能會引發宇宙的局部性爆發。這些爆發可能會埋下超大質量黑洞的種子,并同時引發一連串基本粒子的誕生。
這些粒子總是以正反物質對的形式出現,因此爆發區總是充滿了電子和正子。而當它們湮滅時,便會產生X射線和其他高能光子。
宇宙因此在微波背景之外,又有了所謂的X射線背景。但X射線背景并非源自“宇宙大爆炸”,而是由各種天體物理過程產生并混合在一起的一種“交響”。
這種“交響”通常是由各種較低能X射線,也就是所謂“軟”X射線構成,表現得相當均勻。如果其中有異常的峰值,則意味著有值得關注的爆發事件。
天文學家若能借助比現有技術更先進的X射線望遠鏡,或進行更長時間的觀測,或許就能夠對這些現象進行更加深入的研究。
也有科學家認為,早期宇宙中還存在另外一種爆發事件。除了正反物質級聯反應產生的高能光子,早期宇宙的局部爆發還會釋放出高能中微子。
中微子又被稱為“幽靈粒子”,它們與物質的相互作用極弱,因此能夠首當其沖地穿透各種屏障。
1987a超新星爆發事件曾讓科學家體驗到中微子的這種能力——爆發發生時,來自超新星核心的中微子比光先到達地球——并不是它們跑得比光還快,而是它們具有穿透幾乎一切的能力,光子卻很容易被困住。因此它們在超新星核心完全炸開、光子脫困之前,就已經逃了出來。
由此可知,如果在宇宙誕生38萬年后這堵光墻形成之前,就已經發生過一些局部性爆發,那么當時產生的中微子可能會先于光子逃逸。
如果我們能夠繪制宇宙的中微子背景,或許就能發現那些來自非天體物理源的峰值區。這些峰值區會在中微子背景中顯得相當突出。
這是一個巧思,唯一的遺憾是,以人類當前的技術能力,尚無法繪制這樣一幅中微子背景——因為這種“幽靈粒子”實在太難探測了。科學家用了九牛二虎之力,也才能勉強探測到它們,且每次只能捕捉到零星幾個。
不過誰能預料呢?也許人類最終還是能夠把聰明才智都用在正確的地方吧。
參考
Positron Signal from the Early Universe
https://arxiv.org/abs/2506.10131
Signals of Bursts from the Very Early Universe
https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae01a4
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