南极望远镜的相机在2017年进行了升级。对初步观测数据的分析刚刚发表在《物理评论d》杂志上。

　　阿尔戈Nne是一个多机构的一部分为了寻找线索而观察天空的所有努力关于宇宙的起源和本质。

　　五年多来，科学家们一直在南极洲的南极望远镜上用升级后的相机观察天空。向宇宙延伸的凝视正在收集宇宙早期形成时残留的光。现在，研究人员已经分析了第一批数据，并在《物理评论d》(Physical Review d)杂志上发表了详细信息。来自这个有限数据集的结果暗示了对我们宇宙本质的更有力的未来见解。

　　宇宙微波背景分析的突破

　　该望远镜位于美国国家科学基金会的阿蒙森-斯科特南极站，于2017年接收了一台名为SPT-3G的新相机，该相机由芝加哥大学领导的一个合作小组建造和运营。

　　SPT-3G配备了16000个探测器——比其前身多10倍——是由阿贡国家实验室部分领导的多机构研究的核心。目的是测量被称为宇宙微波背景的微弱光。宇宙微波背景辐射是宇宙大爆炸的余辉，大约140亿年前，宇宙从一个能量点爆发。

　　宇宙微波背景——宇宙中最古老的光——在到达我们之前已经穿越了很远的距离。在它漫长的旅程中，来自巨大宇宙结构的引力导致它的轨道弯曲，然后被南极望远镜捕捉到。图片来源:赵迪潘/阿贡国家实验室

　　“宇宙微波背景是宇宙学家的藏宝图，”该论文的主要作者、阿贡国家实验室的Maria Goeppert Mayer研究员潘兆迪(Zhaodi Pan)说。“它在温度和极化方面的微小变化为了解宇宙的婴儿期提供了一个独特的窗口。

　　Gravitatio透镜和暗物质洞察

　　这篇发表在《物理评论D》上的论文首次提供了来自SPT-3G的CMB引力透镜测量结果。引力透镜是宇宙中巨大的物质网在宇宙中传播时扭曲了宇宙微波背景辐射。如果你把酒杯弯曲的底座放在书页上，酒杯会扭曲你对酒杯后面文字的看法。同样地，望远镜视线中的物质形成一个透镜，使CMB光线和我们对它的看法发生弯曲。阿尔伯特·爱因斯坦在他的广义相对论中描述了时空结构的这种扭曲。

　　对这种扭曲的测量为早期宇宙和暗物质(宇宙中不可见的组成部分)等谜团提供了线索。“暗物质很难探测到，因为它不与光或其他形式的电磁辐射相互作用。目前，我们只能通过引力相互作用来观察它。”

　　自从CMB在20世纪60年代被发现以来，科学家们一直在研究它，通过地面和太空望远镜观察它。尽管最新的分析只使用了2018年几个月的SPT-3G数据，但引力透镜的测量已经在该领域具有竞争力。

　　阿贡国家实验室的物理学家、论文的合著者艾米·本德说:“这项研究真正令人兴奋的部分之一是，结果来自于我们刚刚开始用SPT-3G进行观测时的基本委托数据，结果已经很好了。”“我们现在正在分析5年多的数据，所以这只是暗示未来会发生什么。”

　　未来的研究方向

　　南极望远镜干燥、稳定的大气和遥远的位置在寻找CMB模式时尽可能少地产生干扰。尽管如此，来自高灵敏度的SPT-3G相机的数据包含来自大气、我们自己的星系和星系外的污染。分析来自SPT-3G的几个月的数据是一项持续数年的工作，因为研究人员需要验证数据，过滤噪音并解释测量结果。该团队在阿贡实验室计算资源中心使用了一个专用集群，一组计算机来运行研究中的一些计算。

　　“我们发现在这项研究中观察到的透镜模式可以用广义相对论很好地解释，”潘说。“这表明我们目前对引力的理解适用于这些大尺度。这些结果也加强了我们对宇宙中物质结构形成方式的现有理解。”

　　来自额外年份数据的SPT-3G透镜图也将有助于探索宇宙膨胀，或者早期宇宙经历快速指数膨胀的想法。潘指出，宇宙膨胀是“宇宙学的另一个基石”，科学家们正在寻找早期引力波的迹象和其他直接证据。引力透镜的存在引入了对暴胀印记的干扰，需要消除这种污染，这可以通过精确的透镜测量来计算。

　　虽然新的SPT-3G数据的一些结果将加强现有知识，但其他结果将提出新的问题。

　　“每次我们增加更多的数据，我们就会发现更多我们不理解的东西，”在芝加哥大学担任联合研究员的本德说。“当你剥开这层洋葱时，你会越来越了解你的仪器，也会越来越了解你对天空的科学测量。”

　　我们对宇宙中看不见的成分知之甚少，因此任何了解都是至关重要的，潘说:“我们对暗物质的分布了解得越多，我们就越能理解它的本质，以及它在形成我们今天生活的宇宙中的作用。”

　　参考文献:“利用SPT-3G 2018数据测量宇宙微波背景的引力透镜”，2023年12月12日发表，Physical Review D. DOI: 10.1103/ physrev .108.122005

　　这项工作是由美国国家科学基金会极地项目办公室和美国能源部科学办公室高能物理项目资助的。科学分析由潘领导，与主要共同作者W. L. Kimmy Wu和Federico Bianchini (SLAC国家实验室)以及SPT-3G合作密切合作。本德尔和潘的共同作者是Lindsey Bleem, Karen Byrum, John Carlstrom, Faustin Carter(阿贡国家实验室校友)，Thomas Cecil, Clarence Chang, Junjia Ding(阿贡国家实验室校友)，Riccardo Gualtieri(阿贡国家实验室校友)，Angelina Harke-Hosemann(阿贡国家实验室校友)，Jason Henning(阿贡国家实验室校友)，Florian ksamuzor

　　， Trupti Khaire(阿贡国家实验室校友)，Steve Kuhlmann, Valentine Novosad, John Pearson, christian Posada(阿贡国家实验室校友)，Gensheng Wang和Volodymyr Yefremenko。