<p>利用來(lái)自印度SARAS3射電望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究人員能夠觀察到非常早期的宇宙&mdash;&mdash;大爆炸后僅2億年&mdash;&mdash;并對(duì)第一批恒星和星系的質(zhì)量和能量輸出設(shè)定了限制。</p> <p>&nbsp;</p> <p>與直覺(jué)相反的是，研究人員沒(méi)有找到他們一直在尋找的信號(hào)，即21厘米的氫線，就能夠?qū)⑦@些限制放在最早的星系上。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這種未被探測(cè)到的情況使研究人員能夠?qū)τ钪胬杳髯龀銎渌呐袛?，?duì)第一批星系進(jìn)行限制，并使他們能夠排除一些情況，包括宇宙氣體的低效加熱器和無(wú)線電發(fā)射的高效生產(chǎn)者。</p> <p>&nbsp;</p> <p>雖然我們還不能直接觀測(cè)到這些早期星系，但發(fā)表在《自然天文學(xué)》雜志上的研究結(jié)果，代表著了解我們的宇宙是如何從幾乎空無(wú)一物過(guò)渡到充滿恒星的重要一步。</p> <p>&nbsp;</p> <p>了解早期宇宙，即第一批恒星和星系形成的時(shí)間，是新天文臺(tái)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，為理解宇宙發(fā)展的這一時(shí)期鋪平了道路。</p> <p>&nbsp;</p> <p>SKA項(xiàng)目包括兩臺(tái)下一代望遠(yuǎn)鏡，預(yù)計(jì)在本十年底完成，將有可能拍攝早期宇宙的圖像，但對(duì)目前的望遠(yuǎn)鏡來(lái)說(shuō)，挑戰(zhàn)在于探測(cè)第一批被厚氫云重新輻射的恒星的宇宙學(xué)信號(hào)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這個(gè)信號(hào)被稱為21厘米線&mdash;&mdash;一種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不同，JWST將能夠直接成像宇宙早期的單個(gè)星系，用射電望遠(yuǎn)鏡(如劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的REACH(分析宇宙氫的射電實(shí)驗(yàn)))對(duì)21厘米線的研究可以告訴我們甚至更早的星系的整個(gè)群體。REACH預(yù)計(jì)將在2023年初獲得首批結(jié)果。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了探測(cè)這條21厘米長(zhǎng)的線，天文學(xué)家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)受到第一代恒星發(fā)出的光和氫霧背后的輻射的影響。今年早些時(shí)候，這些研究人員開(kāi)發(fā)了一種方法，他們說(shuō)，這種方法將使他們能夠穿透早期宇宙的迷霧，探測(cè)到來(lái)自第一批恒星的光。其中一些技術(shù)已經(jīng)在目前的研究中得到了應(yīng)用。</p> <p>&nbsp;</p> <p>2018年，另一個(gè)進(jìn)行edge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)單的天體物理圖像所預(yù)期的相比，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)提出了質(zhì)疑:edge的結(jié)果仍在等待獨(dú)立觀測(cè)的確認(rèn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>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)試了各種可能解釋EDGES結(jié)果的天體物理場(chǎng)景，但他們沒(méi)有找到相應(yīng)的信號(hào)。相反，該團(tuán)隊(duì)能夠?qū)Φ谝慌阈呛托窍档膶傩赃M(jìn)行一些限制。</p> <p>&nbsp;</p> <p>SARAS3分析的結(jié)果是第一次對(duì)平均21厘米線的射電觀測(cè)能夠以它們主要物理性質(zhì)的極限形式提供對(duì)第一批星系的性質(zhì)的洞察。</p> <p>&nbsp;</p> <p>劍橋大學(xué)的研究小組與來(lái)自印度、澳大利亞和以色列的合作者合作，利用SARAS3實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)來(lái)尋找宇宙黎明的信號(hào)，那是第一個(gè)星系形成的時(shí)候。使用統(tǒng)計(jì)建模技術(shù)，研究人員無(wú)法在SARAS3數(shù)據(jù)中找到信號(hào)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們正在尋找具有一定振幅的信號(hào)，&rdquo;劍橋大學(xué)卡文迪許實(shí)驗(yàn)室的博士生、該論文的第一作者哈利&middot;貝文斯說(shuō)。&ldquo;但如果找不到這種信號(hào)，我們就可以限制它的深度。這反過(guò)來(lái)又開(kāi)始告訴我們最初的星系有多亮。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們的分析表明，氫信號(hào)可以告訴我們第一批恒星和星系的數(shù)量，&rdquo;劍橋大學(xué)天文學(xué)研究所的聯(lián)合主要作者阿納斯塔西婭&middot;費(fèi)阿爾科夫博士說(shuō)。&ldquo;我們的分析限制了第一批光源的一些關(guān)鍵屬性，包括最早星系的質(zhì)量和這些星系形成恒星的效率。我們還解決了這些源發(fā)射x射線、無(wú)線電和紫外線輻射的效率如何的問(wèn)題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>劍橋大學(xué)卡文迪什實(shí)驗(yàn)室的埃洛伊&middot;德萊拉&middot;阿切多博士是這項(xiàng)研究的共同負(fù)責(zé)人，他說(shuō):&ldquo;這是我們邁出的第一步，我們希望在未來(lái)十年里，我們能夠發(fā)現(xiàn)宇宙是如何從黑暗和空虛過(guò)渡到我們今天在地球上可以看到的恒星、星系和其他天體的復(fù)雜領(lǐng)域。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)觀測(cè)研究在許多方面都是同類研究中的第一次，它排除了早期星系的射電波段發(fā)射亮度是現(xiàn)在星系的1000倍以上，并且是氫氣的不良加熱器的情況。</p> <p>&nbsp;</p> <p>de Lera Acedo說(shuō):&ldquo;我們的數(shù)據(jù)還揭示了以前已經(jīng)暗示過(guò)的一些東西，那就是，第一批恒星和星系可能對(duì)大爆炸產(chǎn)生的背景輻射有可測(cè)量的貢獻(xiàn)，自那以后，背景輻射就一直向我們走來(lái)。我們也正在確定這種貢獻(xiàn)的限度。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>貝文斯說(shuō):&ldquo;能夠看到如此遙遠(yuǎn)的過(guò)去&mdash;&mdash;大爆炸后的2億年&mdash;&mdash;并能夠了解早期宇宙，這是令人驚訝的。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)研究得到了科學(xué)技術(shù)設(shè)施委員會(huì)(STFC)的部分支持，該委員會(huì)是英國(guó)研究與創(chuàng)新(UKRI)的一部分，以及英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。劍橋大學(xué)的作者都是劍橋大學(xué)卡夫里宇宙學(xué)研究所的成員。</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>