*宇宙微波背景辐射（左）是在宇宙大爆炸38万年后发布的，它是宇宙中所有星系的背景辐射。星暴星系HFLS3被嵌入在一个巨大的冷水蒸气云中（中间，用蓝色表示），在大爆炸8.8亿年后被观测到。由于温度较低，水在微波背景上投下一个阴影（左边的放大面板），这与它仅0.001%的内在波动(亮/暗点)的对比度约为1万倍。
图源：欧洲航天局，马克斯-普朗克学会，科隆大学
一个国际天体物理学家小组发现了一种新方法，可以估计大爆炸后仅8.8亿年年轻宇宙的宇宙微波背景温度。这是第一次在如此早期的宇宙中测量宇宙微波背景辐射的温度——大爆炸释放的能量的遗迹。
主要的宇宙学模型普遍认为，自大爆炸以来，宇宙已经冷却下来，而且还在继续冷却。该模型还描述了冷却过程应该如何进行，但到目前为止，它只在相对较近的宇宙时代被直接证实。新近这一发现不仅在宇宙背景温度的发展过程中树立了一个非常早期的里程碑，而且也可能对神秘的暗能量产生影响。
《自然》杂志于2022年2月初发表了相关的研究文章。
科学家们利用法国阿尔卑斯山的NOEMA（北方扩展毫米阵列）天文台，北半球最强大的射电望远镜，观测HFLS3，这是一个巨大的星暴星系，距离大爆炸后只有8.8亿年。他们发现了一层冷水气体，在宇宙微波背景辐射上投下了阴影。之所以出现这种阴影，是因为较冷的水在向地球移动的过程中吸收了较热的微波辐射，而它的黑暗揭示了温差。由于水的温度可以通过观测到的星暴的其他性质来确定，因此这种差异表明了大爆炸遗迹辐射的温度，当时的温度大约是今天宇宙中的七倍。
*NOEMA天文台的天线(MPG/德国，CNRS/法国，IGN/西班牙）。利用它们独特的分辨能力，天文学家探索了早期的宇宙，并发现了一种测量宇宙微波背景辐射温度的新方法。NOEMA是北半球最强大的射电望远镜。该天文台海拔超过2500米，位于欧洲最广阔的高海拔地区之一，法国阿尔卑斯山脉的格勒诺布尔。该望远镜由微型射电天文研究所(IRAM)操作，并由马克斯-普朗克学会（德国）、国家科学研究中心（法国）和国家地理地理研究所（西班牙）资助。
图源：IRAM，A.Ramboud
科隆大学的天体物理研究所的首席教授Dominik Riechers博士说：“除了冷却的证据之外，这一发现也告诉我们，在其幼年时期的宇宙中有一些特殊的物理特征，现在已经不复存在了。”他接着说：“很早以前，大约在大爆炸15亿年后，宇宙微波背景已经太冷，无法观察到这种效应。因此，我们有一个独特的观察窗口，只观测一个非常年轻的宇宙。”换句话说，如果一个与HFLS3具有相同性质的星系今天还存在，那么水影就不会被观测到，因为所需的温度对比将不再存在。
“这是一个重要的里程碑，不仅证实了比以前可能测量的更早的时期的预期冷却趋势，还可能对难以捉摸的暗能量的性质产生直接影响。”论文合著者、波恩马克斯·普朗克射电天文研究所（MPIfR）的Axel Weiss博士说。暗能量被认为是过去数十亿年来宇宙加速膨胀的原因，但人们对其性质知之甚少，因为目前可用的设施和仪器无法直接观测到它。然而，它的性质会影响宇宙膨胀的演化，从而影响宇宙在宇宙时间内的冷却速率。
基于这个研究，暗能量的性质目前仍然与爱因斯坦的“宇宙常数”保持一致。“也就是说，在一个不断膨胀的宇宙中，暗能量的密度不会改变，”Weiss解释说。
在早期宇宙中的星暴星系中发现了一片这样的冷水云之后，该团队现在正着手在太空中寻找更多的冷水云。他们的目标是绘制宇宙历史前15亿年内大爆炸回声的冷却图。Riechers说：“这项新技术为宇宙演化提供了重要的新见解。”
“我们的团队已经通过研究其他星系的周围环境与 NOEMA 一起跟进这一点。”论文合著者、NOEMA项目科学家 Roberto Neri博士说。“随着对更大的水云样本的研究的精确度有望提高，我们目前对宇宙膨胀的基本理解是否成立还有待观察。”
天文学家和天体物理学家在如此巨大的空间和时间尺度上的工作，的确让人对他们不断提出的新发现感到震惊。
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