<p>利用來自印度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>與直覺相反的是，研究人員沒有找到他們一直在尋找的信號，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>這種未被探測到的情況使研究人員能夠?qū)τ钪胬杳髯龀銎渌呐袛?，對第一批星系進(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一物過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間，是新天文臺的主要目標(biāo)之一。使用SARAS3數(shù)據(jù)獲得的結(jié)果是一項概念驗證研究，為理解宇宙發(fā)展的這一時期鋪平了道路。</p> <p>&nbsp;</p> <p>SKA項目包括兩臺下一代望遠(yuǎn)鏡，預(yù)計在本十年底完成，將有可能拍攝早期宇宙的圖像，但對目前的望遠(yuǎn)鏡來說，挑戰(zhàn)在于探測第一批被厚氫云重新輻射的恒星的宇宙學(xué)信號。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這個信號被稱為21厘米線&mdash;&mdash;一種由早期宇宙中的氫原子產(chǎn)生的無線電信號。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驗))對21厘米線的研究可以告訴我們甚至更早的星系的整個群體。REACH預(yù)計將在2023年初獲得首批結(jié)果。</p> <p>&nbsp;</p> <p>為了探測這條21厘米長的線，天文學(xué)家尋找早期宇宙中氫原子產(chǎn)生的無線電信號，該信號受到第一代恒星發(fā)出的光和氫霧背后的輻射的影響。今年早些時候，這些研究人員開發(fā)了一種方法，他們說，這種方法將使他們能夠穿透早期宇宙的迷霧，探測到來自第一批恒星的光。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，另一個進(jìn)行edge實驗的研究小組發(fā)表了一項結(jié)果，暗示可能探測到這種最早的光。與早期宇宙最簡單的天體物理圖像所預(yù)期的相比，報告的信號異常強烈。最近，SARAS3的數(shù)據(jù)對這一探測提出了質(zhì)疑:edge的結(jié)果仍在等待獨立觀測的確認(rèn)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在對SARAS3數(shù)據(jù)的重新分析中，劍橋大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊測試了各種可能解釋EDGES結(jié)果的天體物理場景，但他們沒有找到相應(yīng)的信號。相反，該團(tuán)隊能夠?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)果是第一次對平均21厘米線的射電觀測能夠以它們主要物理性質(zhì)的極限形式提供對第一批星系的性質(zhì)的洞察。</p> <p>&nbsp;</p> <p>劍橋大學(xué)的研究小組與來自印度、澳大利亞和以色列的合作者合作，利用SARAS3實驗的數(shù)據(jù)來尋找宇宙黎明的信號，那是第一個星系形成的時候。使用統(tǒng)計建模技術(shù)，研究人員無法在SARAS3數(shù)據(jù)中找到信號。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;我們正在尋找具有一定振幅的信號，&rdquo;劍橋大學(xué)卡文迪許實驗室的博士生、該論文的第一作者哈利&middot;貝文斯說。&ldquo;但如果找不到這種信號，我們就可以限制它的深度。這反過來又開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;費阿爾科夫博士說。&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、無線電和紫外線輻射的效率如何的問題。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>劍橋大學(xué)卡文迪什實驗室的埃洛伊&middot;德萊拉&middot;阿切多博士是這項研究的共同負(fù)責(zé)人，他說:&ldquo;這是我們邁出的第一步，我們希望在未來十年里，我們能夠發(fā)現(xiàn)宇宙是如何從黑暗和空虛過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>這項觀測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:&ldquo;我們的數(shù)據(jù)還揭示了以前已經(jīng)暗示過的一些東西，那就是，第一批恒星和星系可能對大爆炸產(chǎn)生的背景輻射有可測量的貢獻(xiàn)，自那以后，背景輻射就一直向我們走來。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:&ldquo;能夠看到如此遙遠(yuǎn)的過去&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>這項研究得到了科學(xué)技術(shù)設(shè)施委員會(STFC)的部分支持，該委員會是英國研究與創(chuàng)新(UKRI)的一部分，以及英國皇家學(xué)會。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。</p> </blockquote>