宇宙“CT 扫描”显示宇宙比预期的要复杂得多

摘要：这些快照表明，随着引力等力量重塑了宇宙，宇宙反过来也变得不那么结块了。换句话说，宇宙变得比预期的要复杂得多。这些发现背后的团队使用阿塔卡马宇宙望远镜（ACT）的第六次也是最后一次数据发布，并结合暗能量光谱仪（DESI）的第一年数据来得出这些结论。这种强

“这个过程就像宇宙 CT 扫描，我们可以查看宇宙历史的不同切片，并跟踪物质在不同时期是如何聚集在一起的。”

插图显示了宇宙的 CT 扫描，其中包含宇宙演化过程中的“切片”。（图片来源：Robert Lea（使用 Canva 创建））

来自两个截然不同的天文巡天的数据的强大组合使研究人员能够构建宇宙演化的“宇宙 CT 扫描”。

这些快照表明，随着引力等力量重塑了宇宙，宇宙反过来也变得不那么结块了。换句话说，宇宙变得比预期的要复杂得多。这些发现背后的团队使用阿塔卡马宇宙望远镜（ACT）的第六次也是最后一次数据发布，并结合暗能量光谱仪（DESI）的第一年数据来得出这些结论。

这种强大的数据组合使研究人员能够将宇宙时间分层，类似于将古老的宇宙照片堆叠在最近的宇宙图像上，从而创建宇宙的多维视角。

“这个过程就像宇宙 CT 扫描，我们可以查看宇宙历史的不同切片，并跟踪物质在不同时期是如何聚集在一起的，”宾夕法尼亚大学团队联合负责人马修·马德哈瓦切里尔（Mathew Madhavacheril）在一份声明中说。 “它让我们直接了解物质的引力影响在数十亿年中是如何变化的。”

为了让该团队构建这种所谓的宇宙 CT 扫描，他们需要转向几乎与宇宙本身一样存在的光。

有了这种古老的光，就有可能追踪宇宙在大约 138 亿年的时间里，引力重塑宇宙所经历的变化。

“ACT 覆盖了大约 23% 的天空，通过使用自大爆炸以来一直在传播的遥远、微弱的光描绘了宇宙的婴儿期，”团队联合负责人论文、Madhavacheril 小组的研究生研究员 Joshua Kim 在声明中说。“从形式上讲，这种光被称为宇宙微波背景（CMB），但我们有时只是称它为宇宙的婴儿照片，因为它是它大约 380,000 岁时的快照。”

CMB 是大爆炸后不久发生的一次称为“最后一次散射”的事件遗留下来的光。当宇宙膨胀和冷却到足以让电子和质子形成第一个中性氢原子时，就会发生这种情况。自由电子的消失意味着光子（又名光粒子）可以自由传播而不会被无休止地散射。换句话说，宇宙突然从不透明变成了透明
今天，第一道光被视为 CMB，也称为“最后散射表面”。

普朗克望远镜拍摄的 CMB 图像显示了微小的变化，这些变化可以向宇宙学家揭示（图片来源：ESA 和 Planck 合作）

尽管 CMB 经常被描述为“宇宙化石”，但数十亿年来并非完全保持不变。宇宙的膨胀导致其光子转移到更长的波长并失去能量。它的温度现在均匀在零下 454 华氏度（零下 270 摄氏度）。

由于质量扭曲了时空结构，从而产生了引力，因此来自 CMB 的光在经过大型、致密和沉重的结构（如星系团）时发生了扭曲。这类似于查看空游泳池底部的网格图案，并注意添加水时引起的变形。

这个过程被称为“引力透镜”。阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）首先将其作为他的引力理论广义相对论的一部分提出。

通过观察 CMB 如何随着时间的推移而扭曲和扭曲，科学家可以深入了解数十亿年来物质的演化。

虽然 ACT 数据在其宇宙婴儿照片中捕捉了 CMB 的快照，但 DESI 为科学家提供了“成熟”宇宙的最新记录。

DESI 通过绘制宇宙的三维结构来实现这一点，这是通过绘制数百万个星系的分布来实现的，尤其是发光的红色星系（LRG）。使用这些星系作为“宇宙地标”，科学家可以重建物质在宇宙时间中的分散方式。

“DESI 的 LRG 就像一幅更近的宇宙图，向我们展示了星系是如何分布在不同距离的，”Kim 说。“这是了解结构如何从 CMB 地图演变到今天星系所处位置的有力方法。”

将 ACT CMB 透镜图和 DESI LRG 数据放在一起，就像浏览一本相册，显示婴儿到成人的发育情况，但是为了宇宙。