天文学家第一次发现了来自最早的恒星的长期寻求的光信号,这是在大爆炸后约一亿八千万年的时间里在宇宙中形成的。
信号是氢吸收了一些原始光后在背景辐射上留下的指纹。有证据表明,组成早期宇宙的气体比预期的要冷。物理学家说,这可能是暗物质影响的迹象。如果得到证实,该发现可能标志着首次通过重力作用检测到暗物质。
领导这项工作的坦佩亚利桑那州立大学的天文学家贾德·鲍曼(Judd Bowman)说:“除了大爆炸的余辉,这是我们第一次在宇宙初发现这种信号。”于2月28日在Nature1上发表。荷兰格罗宁根大学的宇宙学家Saleem Zaroubi说:“的确,这是重大新闻。”他说,其他团队将需要确认信号,但到目前为止,这一发现似乎是可靠的。这是非常令人兴奋的东西。这是我们对宇宙历史了解甚少的时期。
星星火花
物理学家认为,138亿年前的大爆炸产生了电离等离子体,随着宇宙的膨胀,等离子体迅速冷却。大约370,000年后,这种汤开始形成中性氢原子。随着时间的流逝(并在重力影响下),这些星团聚在一起,形成了引燃的恒星。这种过渡称为宇宙黎明(请参阅“黎明曙光”)。
“到那时我们开始感到有些兴奋”。研究人员描述了他们从早期宇宙中发现指纹的过程。
下载MP3这些星星发出的光线现在是如此微弱,以至于几乎不可能用地球望远镜探测到。但是天文学家一直希望能间接看到它:光会巧妙地改变曾经充满恒星之间空间的氢的行为。这种变化将使氢气能够吸收特征微波波长21厘米的宇宙微波背景(CMB)(“大爆炸”的余辉)发出的辐射,从而使CMB的强度下降。
为了寻找信号,研究小组使用了名为“实验来检测全球电离签名时代”(EDGES)的射电望远镜,该望远镜位于西澳大利亚的默奇森射电天文台。由于我们自己的银河系和人类产生的FM广播会在与信号相同的频带中产生波,因此发现倾角意味着要仔细滤除这些更强大的信号源。但是鲍曼和他的同事很快就找到了与预期频率大致相同的预测信号。尽管辐射下降了0.1%,但仍是预测值的两倍。这一发现是如此明显,以至于研究人员花了两年的时间检查它是否来自乐器效果或噪音。他们甚至还安装了第二根天线,并在不同的时间将仪器对准不同的天空。鲍曼说:“两年后,我们通过了所有这些测试,而找不到任何其他解释。”“到那时,我们开始感到兴奋。”?/ p>
这个时期的辐射随着宇宙的膨胀而伸展开,这意味着在其中发现信号的波段会放弃它的寿命。这使团队能够将宇宙黎明的最新发生日期追溯到大爆炸之后的1.8亿年。当来自第一颗恒星死亡的高能X射线升高了气体的温度并关闭了信号时,信号的消失给了第二个里程碑。Bowman团队将这段时间定为大爆炸之后约2.5亿年。
鲍曼说,了解这些原始恒星很重要,不仅因为它们塑造了周围的物质,还因为它们的爆炸性死亡造成了碳和氧等较重元素的形成,后来形成了恒星。他说:“我们真的很想了解我们起源的宇宙阶梯,这是理解的关键一步。”
宇宙摇篮
以色列特拉维夫大学的宇宙学家伦南·巴尔卡纳(Rennan Barkana)说,虽然信号以预期的频率出现,但其强度却完全出乎意料。Barkana说,“泪水真的很惊讶,”他在Nature2上发表了第二篇相关论文。他说,这种强度表明,要么宇宙辐射比预期的要多,要么气体比预期的要冷。两者都将是“非常奇怪和意外的”?他说。
Barkana唯一有意义的解释是气体被某种东西冷却了。他说,这指向暗物质,理论认为暗夜应该是冷的。Barkana说,结果还表明暗物质应该比流行的理论所指示的要轻。这可能有助于解释为什么物理学家在长达数十年的实验中未能直接观察到暗物质。他补充说,如果那是真的,我们必须设计新的实验类型才能看到它。
目前,宇宙黎明信号是暂时的。但其他实验也正在排队进行调查。大多数放射性天文学家一直在寻找宇宙历史后期的其他氢信号。一项正在研发的实验就是“电离阵列的氢时代”,这是一个位于南非卡鲁沙漠的国际射电望远镜项目,现正被用于探测鲍曼团队探索的波长范围内的信号。他希望它可以在未来几年中复制他的结果。
其他实验,例如LOFAR(低频阵列),这是一个分布在五个欧洲国家的大型无线电天线系统,应该能够走得更远,并绘制出信号强度如何在整个天空中波动的图。而且,如果产生强信号的原因是暗物质,则应将其视为独特的图案。鲍曼说:“我们急切需要另一种工具来确认它。”
纽约伊萨卡市康奈尔大学的天文学家玛莎·海恩斯(Martha Haynes)说,我们一直在尝试研究恒星首次形成35年的时期。“泪水激动地认为我们终于找到了这么长时间的信号。” / p>