揭秘宇宙微波背景辐射：大爆炸理论的关键证据

揭秘宇宙微波背景辐射：大爆炸理论的关键证据

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科学网

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来源

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https://news.sciencenet.cn/htmlnews/2024/11/534253.shtm

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https://nao.cas.cn/news/ky/202410/t20241028_7409478.html

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https://kandian.sina.cn/article_6511003376_1841606f0001012hme.html?from=science

宇宙微波背景辐射（Cosmic Microwave Background，简称CMB）是宇宙大爆炸理论最有力的证据之一。它是一种充满整个宇宙的微弱电磁辐射，可以追溯到大约138亿年前宇宙诞生后的38万年。当时，宇宙从一个高温高密的状态逐渐冷却，光子得以自由传播，形成了我们今天观测到的CMB。

CMB具有几个关键特征，使其成为大爆炸理论的重要证据：

1. 各向同性：CMB在各个方向上的强度和特性几乎完全相同，这与大爆炸理论预测的早期宇宙均匀性相符。

2. 黑体辐射谱：CMB的光谱非常接近完美的黑体辐射谱，温度约为2.725开尔文。这种特性表明它来自一个特定温度下的辐射源，符合大爆炸模型中宇宙冷却过程的预测。

3. 微小的各向异性：虽然总体均匀，但CMB存在极其微小的温度涨落（约百万分之一的差异）。这些涨落对应着原始密度扰动，是宇宙中星系和大尺度结构形成的种子。

近年来，科学家们在CMB的研究中取得了重要进展。中国科学家在这一领域做出了突出贡献。

安徽大学与中科大合作团队提出了一种新的统计学方法，用于检验银河系热尘埃辐射模型在微波波段的可靠性。研究发现，主流的单成分灰体谱模型在高频段与真实数据不符，这一发现为进一步改进模型提供了重要参考。

此外，国家天文台在“哈勃常数危机”研究中也取得了重要进展。通过分析DESI暗能量光谱巡天数据，研究团队发现在不假设特定宇宙学模型的情况下，标准宇宙学模型仍然无法解释观测到的哈勃常数差异，暗示可能存在超出标准模型的新物理。

目前正在建设中的平方公里射电望远镜阵（Square Kilometer Array，SKA）将为CMB研究带来革命性的突破。SKA由两部分组成：

• SKA-Low：位于澳大利亚，包含131072个小型天线单元，负责接收50MHz至350MHz的低频射电波，主要用于研究宇宙早期阶段和再电离时期。

• SKA-Mid：位于南非，包含197个直径约15米的抛物面天线，负责接收350MHz至15.4GHz的中频射电波，用于研究星系、脉冲星和黑洞等天体。

SKA的高灵敏度和宽频覆盖将显著提升CMB观测的精度。它不仅能更精确地测量前景信号，去除干扰，还能探测更多高红移星系，进一步揭示宇宙早期的物理状态和演化过程。

宇宙微波背景辐射不仅是大爆炸理论的关键证据，还为我们提供了关于宇宙年龄、成分、几何形状以及早期演化状态的详细信息。随着技术的进步和新观测设备的投入使用，人类对宇宙起源和演化的理解将不断深化，宇宙的奥秘也将逐步被揭开。