來(lái)自第一批星系的信號(hào)揭示早期宇宙的關(guān)鍵信息
（神秘的地球uux.cn）據(jù)cnBeta：研究人員已經(jīng)能夠在對(duì)宇宙黎明的首批天體物理學(xué)研究中對(duì)第一批存在的星系做出一些關(guān)鍵的確定，"宇宙黎明"是批星指早期宇宙中第一批恒星和星系形成的時(shí)期。利用來(lái)自印度SARAS3射電望遠(yuǎn)鏡的系的信號(hào)息
數(shù)據(jù)，劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的揭示鍵信團(tuán)隊(duì)能夠觀察到非常早期的宇宙，即大爆炸后僅僅2億年，宇宙并對(duì)第一批恒星和星系的自第早期質(zhì)量和能量輸出進(jìn)行了限制。
與此相反的批星是，研究人員通過(guò)沒(méi)有發(fā)現(xiàn)他們一直在尋找的系的信號(hào)息信號(hào)，即所謂的揭示鍵信21厘米氫線，能夠?qū)ψ钤绲挠钪?strong>星系進(jìn)行這些限制。
這種未被發(fā)現(xiàn)的自第早期情況使研究人員能夠?qū)τ钪娴睦杳髯龀銎渌袛?，?duì)最早的批星星系進(jìn)行限制，使他們能夠排除一些情況，系的信號(hào)息包括星系是揭示鍵信宇宙氣體的低效加熱器和無(wú)線電發(fā)射的有效生產(chǎn)者。
雖然我們還不能直接觀察到這些早期星系，宇宙但《自然-天文學(xué)》雜志上報(bào)道的這些結(jié)果代表了理解我們的宇宙是如何從大部分虛無(wú)過(guò)渡到充滿恒星的一個(gè)重要步驟。
了解早期宇宙，即第一批恒星和星系形成的時(shí)間是新的觀測(cè)站的主要目標(biāo)之一。使用SARAS3數(shù)據(jù)獲得的結(jié)果是一項(xiàng)概念驗(yàn)證研究，為了解宇宙發(fā)展的這一時(shí)期鋪平了道路。
SKA項(xiàng)目--涉及兩臺(tái)將在本世紀(jì)末完成的下一代望遠(yuǎn)鏡--將有可能制作出早期宇宙的圖像，但是對(duì)于目前的望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)在于探測(cè)厚厚的氫云重新輻射出來(lái)的第一批恒星的宇宙學(xué)信號(hào)。
這個(gè)信號(hào)被稱為21厘米線--由早期宇宙中的氫原子產(chǎn)生的無(wú)線電信號(hào)。與最近發(fā)射的JWST（韋伯望遠(yuǎn)鏡）不同，JWST將能夠直接對(duì)早期宇宙中的單個(gè)星系進(jìn)行成像，而用射電望遠(yuǎn)鏡，如劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的REACH（分析宇宙氫的無(wú)線電實(shí)驗(yàn)）對(duì)21厘米線進(jìn)行的研究，能夠告訴我們關(guān)于甚至更早的星系的整個(gè)群體。預(yù)計(jì)在2023年初，REACH會(huì)有第一個(gè)結(jié)果。
為了探測(cè)21厘米線，天文學(xué)家們尋找早期宇宙中氫原子產(chǎn)生的無(wú)線電信號(hào)，該信號(hào)受到第一批恒星的光和氫霧背后的輻射的影響。今年早些時(shí)候，同樣的研究人員開發(fā)了一種方法，他們說(shuō)這將使他們能夠看穿早期宇宙的霧氣，并探測(cè)到來(lái)自第一批恒星的光，這些技術(shù)中的一些已經(jīng)在目前的研究中得到了實(shí)踐。
2018年，另一個(gè)操作EDGES實(shí)驗(yàn)的研究小組發(fā)表了一項(xiàng)結(jié)果，暗示可能探測(cè)到這種最早的光。與早期宇宙最簡(jiǎn)單的天體物理學(xué)圖景中的預(yù)期相比，報(bào)告的信號(hào)異常強(qiáng)烈。最近，SARAS3的數(shù)據(jù)對(duì)這一探測(cè)提出了異議：EDGES的結(jié)果仍在等待獨(dú)立觀測(cè)的確認(rèn)。
在對(duì)SARAS3數(shù)據(jù)的重新分析中，劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)測(cè)試了各種有可能解釋EDGES結(jié)果的天體物理情景，但他們沒(méi)有發(fā)現(xiàn)相應(yīng)的信號(hào)。相反，該小組能夠?qū)Φ谝慌阈呛托窍档膶傩宰龀鲆恍┫拗啤ARAS3的分析結(jié)果是第一次對(duì)平均21厘米線的無(wú)線電觀測(cè)能夠以限制其主要物理屬性的形式提供對(duì)第一批星系屬性的洞察。
與印度、澳大利亞和以色列的合作者合作，劍橋大學(xué)的團(tuán)隊(duì)使用來(lái)自SARAS3實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)尋找來(lái)自宇宙黎明的信號(hào)，當(dāng)時(shí)第一批星系形成。利用統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)，研究人員無(wú)法在SARAS3數(shù)據(jù)中找到一個(gè)信號(hào)。劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的博士生、該論文的第一作者哈里-貝文斯說(shuō)："我們正在尋找一個(gè)具有一定振幅的信號(hào)。但是通過(guò)沒(méi)有找到這個(gè)信號(hào)，我們可以對(duì)其深度進(jìn)行限制。這反過(guò)來(lái)又開始告訴我們第一批星系的亮度如何。"
"我們的分析表明，氫信號(hào)可以讓我們了解第一批恒星和星系的數(shù)量，"來(lái)自劍橋大學(xué)天文學(xué)研究所的共同領(lǐng)銜作者阿納斯塔西婭-菲亞爾科夫博士說(shuō)。"我們的分析對(duì)第一批光源的一些關(guān)鍵屬性進(jìn)行了限制，包括最早的星系的質(zhì)量以及這些星系能夠形成恒星的效率。我們還解決了這些光源如何有效地發(fā)射X射線、無(wú)線電和紫外線輻射的問(wèn)題。"
同樣來(lái)自卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的Eloy de Lera Acedo博士說(shuō)："這是我們的一個(gè)早期步驟，我們希望這將是一個(gè)發(fā)現(xiàn)宇宙如何從黑暗和空虛過(guò)渡到我們今天從地球上可以看到的恒星、星系和其他天體的復(fù)雜領(lǐng)域的十年，"他共同領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究。
de Lera Acedo說(shuō)："我們的數(shù)據(jù)還揭示了一些以前被暗示過(guò)的東西，那就是最早的恒星和星系可能對(duì)背景輻射有可測(cè)量的貢獻(xiàn)，這些背景輻射是由于大爆炸而出現(xiàn)的，并且從那時(shí)起就一直向我們傳播。能夠在如此遙遠(yuǎn)的年代--大爆炸后僅僅2億年--查看并了解早期宇宙的情況，這真是令人驚奇。"
