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来自宇宙时间开端的声音:重子声学振荡

科学探索万象经验2023-05-08

在以前的文章中,我们谈到了其中一个特性:哈勃常数,以及它的测量带来的冲突。今天,我们将讨论另一种可能有助于解决这一问题的测量方法:重子声学振荡,它们是宇宙中最早声波的化石,烙印在空间星系的分布上。在这些模式中,我们可以阅读宇宙的膨胀历史。

重子声学振荡

混在重子和光子汤中的是暗物质。事实上,暗物质比重子要重5倍,这意味着它是早期宇宙中占主导地位的引力影响。但与重子不同,它根本不与光相互作用。宇宙充满了重子、光子和暗物质的炽热海洋,现在我们需要最后一个要素:密度波动。这些波动可能是宇宙在亚原子大小时随机量子波动的残余,而现在它们随着宇宙膨胀而极大地扩大了。

随着等离子体变成气体,声速从光速的一半下降到每秒只有数百米。等离子体波转化成气体波基本上冻结在其当前状态,那个壳的半径固定在宇宙的膨胀率上。那么,它的大小呢?声波可以在当时的宇宙年龄中传播确切的距离,我们称之为声音视界。当重组事件发生时,它的大小大约是50万光年。现在,宇宙扩大了1100倍,所以这个壳的大小应该是5亿光年左右。

现在,我们仍然可能看到这些壳的存在,不过它们不是由等离子体或气体构成,而是由星系构成。乍一看,天空中的星系好像是零星分布的,但模式是存在的。探测它需要对天空进行最详细的调查,需要进行星系红移调查。通过仔细测量星系在天空中的位置,红移巡天可以生成宇宙的三维地图。2005年,北半球的斯隆星系巡天和南半球的两度视场星系红移巡天首次发现了重子声学振荡信号。

对重子声学振荡的研究为我们提供了一个标准的天空尺,跨越了整个的宇宙时间。它使我们能够追踪宇宙的膨胀率,为宇宙膨胀的测量提供了一个独立的证据。


(www.ws46.com)