探索宇宙的科學(xué)家，撞上了一堵朝各個(gè)方向無限延伸的“墻”

它把很多宇宙的終極奧秘?fù)踉诹松砗蟆?/p>

宇宙演化時(shí)間線。宇宙大爆炸后約38萬年時(shí)產(chǎn)生的微波背景，是一道難以逾越的光墻。

NASA / JPL-Caltech / A. Kashlinsky (GSFC)

宇宙中有一堵朝各個(gè)方向無限延伸的墻——宇宙微波背景。它是宇宙創(chuàng)生時(shí)留下的余暉，是一堵光之墻，也把很多宇宙的終極奧秘?fù)踉诹松砗蟆?/p>

在這堵墻背后，有著太多與宇宙極早期有關(guān)的故事——基本粒子的出現(xiàn)、首批原子核的誕生，以及在能量和物質(zhì)波動(dòng)的推動(dòng)下星系和超大質(zhì)量黑洞的誕生等。但這一切對(duì)于我們來說都是不可見的。

這是因?yàn)楫?dāng)我們遙望宇宙，追溯其久遠(yuǎn)的歷史，最多只能看到宇宙誕生38萬年后的景象。在此之前，宇宙處于極度致密、極度熾熱的狀態(tài)。那個(gè)時(shí)候，光還無法在宇宙中自由穿梭。

而當(dāng)宇宙膨脹，輻射冷卻成了微波，所有與那個(gè)時(shí)候有關(guān)的信息，也都被擋在了這堵墻背后。

不過盡管我們永遠(yuǎn)也無法直接看到這堵墻背后的東西，科學(xué)家仍希望通過間接的方法獲取墻后的信息。

例如近日一些科學(xué)家又對(duì)未來該如何實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)進(jìn)行了探討。

部分學(xué)者認(rèn)為，我們可以通過探測微弱的X射線，尋找隱藏在這堵墻背后的線索。

所謂“宇宙大爆炸”，和人們通常的認(rèn)識(shí)有所不同，它的實(shí)質(zhì)是時(shí)空的膨脹。

早期宇宙的密度波動(dòng)，可能會(huì)引發(fā)宇宙的局部性爆發(fā)。這些爆發(fā)可能會(huì)埋下超大質(zhì)量黑洞的種子，并同時(shí)引發(fā)一連串基本粒子的誕生。

這些粒子總是以正反物質(zhì)對(duì)的形式出現(xiàn)，因此爆發(fā)區(qū)總是充滿了電子和正子。而當(dāng)它們湮滅時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生X射線和其他高能光子。

宇宙因此在微波背景之外，又有了所謂的X射線背景。但X射線背景并非源自“宇宙大爆炸”，而是由各種天體物理過程產(chǎn)生并混合在一起的一種“交響”。

這種“交響”通常是由各種較低能X射線，也就是所謂“軟”X射線構(gòu)成，表現(xiàn)得相當(dāng)均勻。如果其中有異常的峰值，則意味著有值得關(guān)注的爆發(fā)事件。

天文學(xué)家若能借助比現(xiàn)有技術(shù)更先進(jìn)的X射線望遠(yuǎn)鏡，或進(jìn)行更長時(shí)間的觀測，或許就能夠?qū)@些現(xiàn)象進(jìn)行更加深入的研究。

也有科學(xué)家認(rèn)為，早期宇宙中還存在另外一種爆發(fā)事件。除了正反物質(zhì)級(jí)聯(lián)反應(yīng)產(chǎn)生的高能光子，早期宇宙的局部爆發(fā)還會(huì)釋放出高能中微子。

中微子又被稱為“幽靈粒子”，它們與物質(zhì)的相互作用極弱，因此能夠首當(dāng)其沖地穿透各種屏障。

1987a超新星爆發(fā)事件曾讓科學(xué)家體驗(yàn)到中微子的這種能力——爆發(fā)發(fā)生時(shí)，來自超新星核心的中微子比光先到達(dá)地球——并不是它們跑得比光還快，而是它們具有穿透幾乎一切的能力，光子卻很容易被困住。因此它們?cè)诔滦呛诵耐耆ㄩ_、光子脫困之前，就已經(jīng)逃了出來。

由此可知，如果在宇宙誕生38萬年后這堵光墻形成之前，就已經(jīng)發(fā)生過一些局部性爆發(fā)，那么當(dāng)時(shí)產(chǎn)生的中微子可能會(huì)先于光子逃逸。

如果我們能夠繪制宇宙的中微子背景，或許就能發(fā)現(xiàn)那些來自非天體物理源的峰值區(qū)。這些峰值區(qū)會(huì)在中微子背景中顯得相當(dāng)突出。

這是一個(gè)巧思，唯一的遺憾是，以人類當(dāng)前的技術(shù)能力，尚無法繪制這樣一幅中微子背景——因?yàn)檫@種“幽靈粒子”實(shí)在太難探測了。科學(xué)家用了九牛二虎之力，也才能勉強(qiáng)探測到它們，且每次只能捕捉到零星幾個(gè)。

不過誰能預(yù)料呢？也許人類最終還是能夠把聰明才智都用在正確的地方吧。

參考

Positron Signal from the Early Universe

https://arxiv.org/abs/2506.10131

Signals of Bursts from the Very Early Universe

https://iopscience.iop.org/article/10.3847/1538-4357/ae01a4