近期,天体物理领域期刊《天体物理学杂志》刊登了一项研究成果,通过对比不同时期宇宙中星系团周围的气体温度,发现在过去100亿年间,星系团周围气体的温度增加了将近10倍,达到现在约200万摄氏度。
那么,宇宙也在变热吗?实际上,宇宙浩瀚无垠,绝大多数空间空无一物,温度也极其寒冷。然而,在一些宇宙天体如太阳附近,气体温度却可高达百万摄氏度,上文提到的温度变化研究也是指位于星系团周围的类似高温区域。宇宙升温与地球上的温室效应没有关系,而是与宇宙的演化有关。人们发现这个秘密,经历了不断探索的过程。
1924年,美国天文学家哈勃经过观测发现,原来被普遍认为处于稳态的宇宙竟然在不断膨胀,大爆炸宇宙论随之诞生。根据大爆炸理论,宇宙在138亿年前经历了一次大爆炸后诞生,随后持续膨胀。在宇宙诞生后早期,光子和电子之间频繁碰撞,无法逃脱出去。到宇宙年龄大约38万年时,电子和离子结合产生了中性原子,光子得以“脱耦”传到远处。随着宇宙的膨胀,这些早期的光子波长不断被拉长,现在已变到微波波段,形成“微波背景辐射”。
1964年,美国贝尔实验室的两名工程师在测试天线时,发现了来自宇宙的微波背景辐射。这次发现是对大爆炸宇宙学的一个直接验证,两人因此获得1978年诺贝尔物理学奖。此后,凭借各个波段的观测设备,人们对整个宇宙的诞生及演化有了更清晰的认识。
在“脱耦”之后,随着宇宙的膨胀和冷却,光子平均温度一直在降低,目前充斥在宇宙空间中的微波背景辐射温度大约只有零下270摄氏度,这是宇宙中大多数空旷区域的温度。然而,宇宙一开始就存在密度不均匀性,密度高的地方慢慢吸引其他地方的暗物质和正常物质,诞生了第一代星系和恒星。这个过程发生在宇宙各地,最终形成一种由不同星系构成的网状结构,被称为“宇宙网”,连接不同节点的结构被称作“大尺度纤维”,而网络结构围成的鲜有星系存在的区域叫做“空洞”。