De klareste og mest præcise billeder endnu af universet i sin spædbarn – den tidligste kosmiske tid, der er tilgængelig for mennesker – er blevet produceret af et internationalt team af astronomer.
Måling af lys, kendt som den kosmiske mikrobølgebaggrund (CMB), der rejste i mere end 13 milliarder år for at nå et teleskop højt i de chilenske Andesbjerg, afslører de nye billeder universet, da det var omkring 380.000 år gammelt-det ækvivalent med timer gamle babybilleder af en nu middelaldrende kosmos.
Forskningen ved ATACAMA COSMOLOGY TELESCOPE (ACT) COLLORSING) viser både intensiteten og polariseringen af det tidligste lys efter big bang med hidtil uset klarhed, hvilket afslører dannelsen af gamle, konsoliderende skyer af brint og helium, der senere udviklede sig til de første stjerner og galaksier.
Holdet, der inkluderer forskere fra Cardiff University, siger, at analyse af CMB i high definition har gjort det muligt for dem at bekræfte en simpel model af universet og udelukke mange konkurrerende alternativer.
De præsenterede deres resultater på American Physical Societys årlige møde den 19. marts 2025 og forelagde dem til peer review -processen til offentliggørelse i Journal of Cosmology and Astroparticle Physics.
Professor Erminia Calabrese, direktør for forskning ved Cardiff University’s School of Physics and Astronomy og en hovedforfatter af en af de undersøgelser, der blev præsenteret, sagde: “Disse nye billeder giver os mulighed for at rekonstruere med høj præcision de processer, der podede de komplekse kosmiske strukturer, som vi ser på nattehimlen og også vores egen planet.
“Vi har været i stand til at måle mere præcist end nogensinde før, at det observerbare univers strækker sig næsten 50 milliarder lysår i alle retninger fra os og indeholder så meget masse som 1.900 ‘Zetta-Suns’ eller næsten 2 billioner billioner solskin.
“Af disse 1.900 zetta-suns er massen af normal stof-den slags, vi kan se og måle-kun få 100. Tre kvartaler af dette er brint og et kvarter er helium.
“De elementer, som mennesker er lavet af – for det meste kulstof, med ilt, nitrogen, jern og endda spor af guld – blev dannet senere i stjerner og er bare en dryss oven på denne kosmiske gryderet.
“Yderligere 500 zetta-suns af masse er i det usynlige mørke spørgsmål af en endnu ukendt karakter, og de resterende 1.300 er den dominerende vakuumenergi eller ‘mørk energi’ af tomt rum.”
Et stort mål med arbejdet var at undersøge alternative modeller for universet, der ville forklare den uenighed, der opstod i de senere år om Hubble -konstanten, den hastighed, hvorpå rummet udvides i dag.
Målinger afledt fra CMB har konsekvent vist en ekspansionshastighed på 67–68 kilometer pr. Sekund pr. Megaparsec (km/s/MPC), mens målinger afledt af bevægelsen af nærliggende galakser indikerer en Hubble -konstant så højt som 73–74 km/s/MPC.
Ved hjælp af deres nyligt frigivne data bekræftede ACT -teamet den lavere værdi for Hubble -konstanten og med øget præcision.
“Vi scannede mange klasser af modeller, der kunne give en højere værdi af ekspansionshastigheden, men de blev ikke foretrukket af de nye data,” tilføjede professor Calabrese.
De nye målinger har også forfinet estimatet af universets alder og fundet det til at være 13,8 milliarder år gammel med en usikkerhed på kun 0,1%.
ACT har været et stort forskningsfokus for Cardiff University -teamet med sin astronomiinstrumenteringsgruppe involveret i det optiske layout af ACT siden det første instrumentdesign tilbage i 2004.
“Vores unikke filtre har gjort det muligt for ACT -detektorerne at operere ved den følsomhed, der kræves for at foretage disse enorme målinger,” sagde professor Carole Tucker, Astronomy Instrumentation Group, Cardiff Hub for Astrophysics Research and Technology.
Arbejdet ledet af professor Calabrese siden 2011 har forvandlet dataene til information om grundlæggende egenskaber ved kosmos.
Den endelige datakarakterisering og fortolkning, der præsenteres på mødet, markerer slutningen af fire års arbejde sammen med Cardiff post-doktorgradsforsker Hidde Jense.
“Act har været mit kosmiske laboratorium under mine ph.d. -studier. Det har været spændende at være en del af bestræbelserne, der førte til denne raffinerede forståelse af vores univers,” sagde Jense.
ACT afsluttede sine observationer i 2022, og opmærksomheden vender nu til den nye, mere dygtige Simons -observatorium på samme sted i Chile – det næste store CMB -projekt for Cardiff -teamet.
“Det er dejligt at se ACT pensionere med denne visning af resultater,” tilføjede professor Calabrese.
“Cirklen lukker fortsat omkring vores standardmodel for kosmologi, med disse seneste resultater, der vejer stærkt på, hvad universer ikke længere er mulige.”