星系。恒星，星际气体，尘埃，恒星碎片和暗物质的混合。他们在寒冷的宇宙中漫步，重力引诱了他们的拥抱。有时，星系会滚滚成巨大的星系团，其质量平均是太阳的100万亿倍。

但这并非总是如此。

在婴儿宇宙中，温度是如此之高，以至于电子和质子太热而无法形成原子。一切都是热的，电离的气体，与太阳表面不同。

在接下来的40万年中，宇宙膨胀并冷却到大约3,000摄氏度，大约相当于工业熔炉的温度。在这些温度下，电子和质子在此过程中结合成氢原子并释放出光子。从那时起，这种称为宇宙微波背景辐射的光一直在空间中传播，这是时空的水印。

现在，科学家们发现了从这种取之不尽的时光机器中取笑信息的新方法。

用CMB极化约束宇宙学

在《物理评论快报》上发表的一项研究中，费米实验室和芝加哥大学的科学家布拉德·本森及其同事使用宇宙微波背景的极化或取向，使用一种新的数学估计器来计算巨大星系团的质量。这是科学家第一次使用CMB的极化和新颖的估算方法测量这些质量。

本森说：“做出这一估计很重要，因为大多数星系团的质量甚至都不可见-它是暗物质，它不发光，而是通过引力相互作用，占整个宇宙物质的85%。”

科学家的工作最终可能会揭示暗物质，暗能量和宇宙学参数，从而揭示更多有关宇宙中结构形成的信息。

在Amundsen-Scott南极站，被称为“烧杯”的支持人员和科学家日以继夜地管理南极望远镜。这不是一件容易的事。阿蒙森-斯科特南极站位于地球上最南端，那里的平均气温为摄氏零下47摄氏度，太阳每年升起并落山一次。但是南极望远镜(一种称为CMB的10米望远镜)负责观测宇宙微波的背景，在这种恶劣的环境中，它具有超过其科学目标的能力。

南极望远镜上的相机测量的CMB光线在南方天空上偏振的微小波动平均约为1亿分之一，比迄今为止任何其他实验都要敏感。

本森说：“这些微小的变化可能受到诸如银河星团之类的大物体的影响，这些星团充当透镜，在我们的信号中产生独特的失真。”

本森和其他科学家正在寻找的信号是星系团周围的小规模涟漪-一种称为引力透镜效应。通过查看一个透明的酒杯的底部，您会看到类似的效果，在该酒杯的后面点燃蜡烛。

本森说：“如果在火焰下透过酒杯底座的底部看，就会看到一束光。这就像我们从强重力透镜上看到的效果一样。”“我们在这里看到了类似的效果，除了失真要弱得多，CMB的光散布在天空上更大的区域上。”

但是有一个问题。科学家估计，即使使用他们的新数学估计器，他们也需要查看大约17,000个星系团，以测量CMB的引力透镜效应，并确定地估计星系团的质量。尽管南极望远镜提供了对CMB极化的更深入，更灵敏的测量，但其星系位置库仅包含约1,000个星系团。

目的地：智利

为了确定更多的星系团位置，以检查CMB光线在星系团周围的引力透镜，科学家需要从南极以北约6,000公里到达智利的阿塔卡马地区，该地区是塞罗·托洛洛美洲天文台的所在地。暗能量相机安装在海拔2200米的塞罗托洛洛(Cerro Tololo)的4米布兰科望远镜上，是世界上最大的数码相机之一。它的520兆像素能够看到来自数十亿光年远的物体的光，并以前所未有的质量捕获它们。最重要的是，摄像机捕获了科学家观察17,000个星系团的光和位置，以观察星系团对CMB光的引力透镜。

科学家使用费米实验室领导的暗能量调查获得的三年数据，确定了这些星团的位置，然后将这些位置放入计算机程序中，以搜索这些星团在CMB极化中的引力透镜证据。一旦发现证据，他们就可以使用新的数学估计器自己计算星系团的质量。

目的地：未受破坏的地方

在当前的研究中，科学家发现星系团的平均质量约为我们太阳质量的100万亿倍，这一估计与其他方法相符。这种物质的很大一部分是暗物质。

为了更深入地探索，科学家计划使用2017年安装的升级版南极望远镜相机SPT-3G和下一代CMB实验CMB-S4进行类似的实验，这将进一步提高灵敏度和更多的星系团检查。

CMB-S4将由专用望远镜组成，这些望远镜将在南极，智利阿塔卡马高原和可能的北半球站点运行，配备高灵敏度超导照相机，从而使研究人员能够限制通货膨胀，暗能量以及中微子的数量和质量的参数，甚至大规模测试广义相对论。

有天赋的讲故事者和美食作家安东尼·布尔登(Anthony Bourdain)曾经称南极洲为“地球上最后一个未被破坏的地方……人们聚在一起探索纯科学的艺术，寻找所谓的事实。”

科学家们远远超出了南极洲，到达了我们宇宙最遥远的另一个未受污染的地方，以应对基本的宇宙学参数和我们宇宙中结构的行为。