绘制宇宙宇宙增长图的新发现支持爱因斯坦的引力理论

几千年来，人类一直对宇宙的奥秘着迷。与想象宇宙起源的古代哲学家不同，现代宇宙学家使用定量工具来深入了解宇宙的演化和结构。随着爱因斯坦广义相对论的发展，现代宇宙学可以追溯到20世纪初。

现在，来自阿塔卡马宇宙学望远镜(ACT)合作项目的研究人员创造了一张开创性的新图像，揭示了分布在整个天空四分之一的暗物质的最详细地图，一直延伸到宇宙深处。更重要的是，它证实了爱因斯坦关于大质量结构如何在整个140亿年的宇宙生命周期中生长和弯曲光线的理论。

剑桥大学宇宙学教授布莱克舍温说：“我们已经将天空中不可见的暗物质绘制到最远距离，并清楚地看到这个跨越数亿光年的不可见世界的特征。”他领导着一组ACT研究人员。“它看起来就像我们的理论预测的那样。”

尽管构成了宇宙的85%并影响了它的演化，但暗物质一直很难被探测到，因为它不与光或其他形式的电磁辐射相互作用。据我们所知，暗物质只与引力相互作用。

为了追踪它，160多名合作者在智利安第斯山脉高处建造了国家科学基金会的阿塔卡马宇宙学望远镜并从中收集了数据，观察了宇宙形成黎明后发出的光，大爆炸——当时宇宙只有380,000岁。宇宙学家经常将这种充满我们整个宇宙的漫射光称为“宇宙的婴儿图”，但正式地，它被称为宇宙微波背景辐射(CMB)。

该团队追踪了包括暗物质在内的大型重结构的引力如何在其140亿年的旅程中扭曲CMB，就像放大镜如何在光线穿过其镜头时弯曲光线一样。

宾夕法尼亚大学物理与天文学系助理教授MathewMadhavacheril说：“我们利用大爆炸遗留下来的光线扭曲制作了一张新的质量图。”“值得注意的是，它提供的测量结果表明，宇宙的‘块状’，以及它在140亿年的演化后的增长速度，正是你对我们基于爱因斯坦理论的标准宇宙学模型所期望的重力。”

Sherwin补充说：“我们的结果还为正在进行的一场争论提供了新的见解，一些人称之为‘宇宙学危机’，”解释说这场危机源于最近使用不同背景光的测量，这种背景光是从星系中的恒星而不是CMB发出的.这些产生的结果表明，暗物质在宇宙学标准模型下不够块状，并导致人们担心该模型可能会被打破。然而，该团队从ACT获得的最新结果能够准确评估这张图片中看到的巨大肿块的大小是完全正确的。

“当我第一次看到它们时，我们的测量结果与基本理论非常吻合，以至于我花了一些时间来处理结果，”剑桥大学博士说。学生FrankQu，研究团队的一员。“看看如何解决不同测量之间可能存在的差异将很有趣。”

“CMB透镜数据可以与对星系可见光的更传统调查相媲美，因为它们能够追踪那里的总和，”ACT主任和普林斯顿大学HenryDeWolfSmyth物理学教授SuzanneStaggs说。“CMB透镜和最好的光学测量共同阐明了宇宙中所有质量的演化。”

“当我们在2003年提出这个实验时，我们不知道可以从我们的望远镜中提取的全部信息，”宾夕法尼亚大学ReeseFlower天文学教授兼ACT副主任马克德夫林说。“这要归功于理论家的聪明才智，许多人制造了新仪器使我们的望远镜更灵敏，以及我们团队想出的新分析技术。”

AtacamaCosmologyTelescope协作的研究最终形成了一张开创性的新暗物质地图，分布在整个天空的四分之一，深入宇宙。这些发现为爱因斯坦的广义相对论提供了进一步的支持，该理论在一个多世纪以来一直是宇宙学标准模型的基础，并提供了揭开暗物质神秘面纱的新方法。图片来源：LucyReading-Ikkanda，西蒙斯基金会

运行了15年的ACT于2022年9月退役。尽管如此，更多展示最后一组观测结果的论文有望很快提交，西蒙斯天文台将在同一地点进行未来观测，并配备新望远镜计划于2024年开始运行。这种新仪器绘制天空的速度将比ACT快近10倍。

这项研究将在4月10日至14日在京都大学汤川理论物理研究所举行的“未来科学与CMBxLSS”会议上发表。