宇宙學家們談論宇宙微波背景輻射，這是他們在宇宙誕生40萬年時拍攝的快照，以至於現在看來它已經被充分挖掘了。畢竟，歐洲航天局計劃讓其新的普朗克衛星提取輻射空間模式中“基本上所有可用的資訊”。但著眼於普朗克之後的宇宙學家們表示，輻射有一個幾乎未被探索的方面，如果能夠以足夠的精度觀察到，將揭示關於早期宇宙的新細節：它的光譜。
天文學家經常使用太陽和其他恆星發出的彩虹色光譜來確定它們的成分。在今年1月舉行的美國天文學會會議上，德國加興馬克斯·普朗克天體物理研究所的著名天體物理學家拉希德·蘇尼亞耶夫認為，普朗克的後繼者可能會在背景輻射中發現類似的指紋，而背景輻射的光譜目前看起來完全沒有特徵且是通用的。
在傳統的圖景中，背景輻射由大爆炸最初時刻產生的光子組成。它們在宇宙射擊遊戲中與質子和電子散射，直到一切冷卻到足以讓質子抓住電子並形成氫原子——這個過程被稱為複合。由於原子是電中性的，因此它們不太容易散射光子。因此，光子開始或多或少地沿直線穿越太空。射擊遊戲徹底地搗碎了它們的光譜，宇宙學家們只能從中收集到物質的總體密度。
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然而，這個圖景掩蓋了兩個細微之處。首先，質子花了一段時間才牢牢抓住電子。最初，它們的抓握是試探性的。為了加強抓握，新形成的原子必須透過發射光子來失去能量，並且它以自己的節奏這樣做。更復雜的是，來自一個原子的光子傾向於將電子從另一個原子上擊落。就像桶裡的螃蟹一樣，原子們互相阻撓。克服它們之間對抗的是宇宙膨脹，它消耗了光子的能量，並逐漸使平衡向原子形成而非破壞傾斜。通常引用的40萬年時間框架只是一個方便的里程碑；複合實際上花費了長達數百萬年的時間才完成。
第二個細微之處是，儘管宇宙主要由氫組成，但它也含有相當數量的氦。由於氦核的電荷是質子的兩倍，因此它具有更強的結合力，並且更早地形成了原子，大約在15,000年時捕獲了第一個電子，在100,000年時捕獲了第二個電子。更重要的是，它們避免了螃蟹桶綜合症。少量的氫原子先鋒隊充當了調節劑，在氦原子發射的光子摧毀另一個氦原子之前將其攔截。因此，氦原子迅速形成。
氫和氦發射的光子為原始湯添加了一些成分指紋。測量氦發射的光子數量將準確地確定宇宙合成了多少氦——這個數量現在必須從恆星中氦的含量中推斷出來，而且很困難。“這是一個絕對明確的方法來找到氦的原始丰度，”蘇尼亞耶夫說。此外，來自氦的光子可以追溯到微波背景釋放之前的時代。它們可能帶有現在對我們隱藏的過程的印記，例如奇異粒子衰變。
問題在於氦光子的數量比原始光子少十億分之一。幸運的是，由於氦原子形成得如此迅速，它們發射的光子集中在某些頻率上，稱為光譜線。蘇尼亞耶夫和加拿大理論天體物理研究所的延斯·楚巴敦促開展一項新的任務，掃描頻率以尋找光子數量的峰值，就像用手指劃過表面以感受太小而無法用尺子測量的凸起一樣。“為了觀察這些線，你必須觀察一個固定的位置並在頻率上掃描，”加那利群島天體物理研究所的何塞·阿爾貝託·魯比諾-馬丁說。相比之下，包括普朗克衛星在內的現有任務觀察的是固定頻率並在位置上掃描。
在某種程度上，宇宙學歷史正在重演。幾十年來，微波背景的空間測量看起來完全均勻，直到宇宙學家發現了空間漲落。現在光譜測量看起來完全均勻。一旦宇宙學家看到光譜漲落，他們預計將會有另一波關於早期宇宙的資訊湧入。
這個故事最初以標題“光譜感覺”發表