當宇航員首次用微波光觀察宇宙時，他們就知道他們偶然發現了一扇通往宇宙早期時刻的視窗。畢竟，宇宙微波背景輻射——大爆炸的朦朧餘輝，在宇宙僅有 38 萬年曆史時釋放出來——使科學家能夠回答關於我們從哪裡來的基本問題。但微波光也提出了一個更貼近我們家園的有趣謎團。1996 年，天文學家注意到來自我們銀河系自身的一種無法解釋的過量微波輻射。20 多年來，這種所謂的異常微波輻射一直是個謎——直到今天。《自然·天文學》 雜誌上發表的一項新研究表明，旋轉的奈米鑽石可能是罪魁禍首。
十年前，在研究年輕恆星周圍旋轉的氣體和塵埃盤中形成的新生行星系統時，卡迪夫大學的天文學家簡·格里夫斯注意到，其中一些系統似乎發出微弱的微波光芒。她最初將這種光芒歸因於她資料中的缺陷，但在聽到一位同事關於異常微波輻射的談話後重新考慮了。回到望遠鏡後，她和她的合作者監測了 14 個年輕的恆星系統，以尋找神秘的微波輻射，最終發現了三個散發出那種明顯的輝光的系統。事實證明，這三個系統也是格里夫斯樣本中已知唯一擁有奈米鑽石的系統——奈米鑽石是品脫大小的金字塔形晶體，僅包含數百個碳原子，全部覆蓋著一層原子厚的冷凍氫光澤，可能是從星際介質中積累而來的。“這真的是大自然在告訴我們，奈米鑽石是造成異常微波的原因，”她說。
但是，如此微小的物體如何能發出如此強大的微波，以至於它們可以在數十萬光年之外被觀測到呢？訣竅在於，我們的銀河系是一個動盪的地方，其中恆星的運動和活動引起潮汐和風，使得任何小物體——無論是微小的塵埃顆粒、沉重的分子，甚至是微小的鑽石——都會在被其他粒子撞擊時抖動和旋轉。如果該物體具有不對稱的電荷（一側的電荷略多於另一側），則其旋轉可能會以微波的形式發射電磁輻射。新生恆星周圍的星盤擁有特別快速的粒子，進一步放大了這種效應。
支援科學新聞報道
如果您喜歡這篇文章，請考慮透過以下方式支援我們屢獲殊榮的新聞報道 訂閱。透過購買訂閱，您正在幫助確保未來能夠繼續產出關於塑造我們當今世界的發現和思想的具有影響力的故事。
最初，天文學家懷疑造成輝光的微小物體是稱為多環芳烴 (PAH) 的有機分子——本質上是宇宙中相當於煙塵的東西，儘管它是由衰老的恆星而不是煙囪產生的。普林斯頓大學的天文學家布魯斯·德雷恩沒有參與這項研究，他一直是 PAH 作為微波異常主要候選者的支持者，但他知道這種解釋缺乏證據。因此，他和他的同事著手尋找證據，比較了銀河系中 PAH 和異常微波的分佈圖。兩個地圖上高密度和低密度區域的重疊本可以成為 PAH 是罪魁禍首的確鑿證據。“令我們驚訝的是，沒有看到這樣的聯絡，”德雷恩說。他 2016 年的研究宣佈 PAH 無罪，而這種輻射再次成為一個謎。至少，在格里夫斯和她的同事報告他們的新發現之前是這樣。德雷恩認為奈米鑽石假說很有吸引力，但他指出，三顆恆星的微波輝光與其星盤中的奈米鑽石之間的相關性可能純屬巧合。
儘管格里夫斯和她的同事計算出偶然關聯的機率僅為 0.01%，但該計算假設所有恆星都是在平等的基礎上進行觀察的，沒有任何可能的偏差。但密蘇里大學哥倫比亞分校的天文學家李愛根沒有參與這項工作，他擔心可能確實存在偏差，因為並非所有恆星的溫度都相同。他說，奈米鑽石通常只有在圍繞極熱恆星執行時才能被地球天文學家看到，這意味著格里夫斯樣本中可能很容易存在其他擁有奈米鑽石的恆星，但它們未能發出異常微波。英國曼徹斯特大學的天文學家克萊夫·狄金森也沒有參與這項工作，他也表達了類似的擔憂。他認為，熱恆星傾向於電離它們周圍的氣體，從而產生等離子體——帶電粒子的雲，當它們圍繞恆星執行時，也會發出微波輻射。如果不非常仔細地對此效應進行建模，可能會導致身份誤判，並與異常微波輻射相關聯。“假設這已經正確完成，那麼這非常令人興奮——這是一個非常酷的結果，”狄金森說。
為了支援他們的奈米鑽石假說，格里夫斯和她的團隊接下來將嘗試在較冷、不太可疑的環境中，例如我們銀河系中點綴的寒冷星際氣體和塵埃雲中，觀察異常微波輻射和奈米鑽石。
如果最終被證實是異常微波的真正來源，那麼銀河系中奈米鑽石的地圖對於希望消除其汙染效應以對宇宙微波背景輻射進行更深入、更精確研究的科學家來說將變得至關重要，從而揭示宇宙起源的無數秘密。曼徹斯特大學的天文學家、合著者安娜·斯凱夫說，從某種意義上說，微波異常對於此類研究的至關重要性使得天文學家過去忽視奈米鑽石作為其來源更加令人驚訝。“在天體物理學中，很多時候我們都在縮小我們已經瞭解大方向的事物的細節，而這是一種全新的關聯，”她說。“這真的是我們思維方式的一個階躍式變化，而不僅僅是一個漸進式的進步。”