宇宙黎明：天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙第一顆恒星的指紋
宇宙黑暗時代持續(xù)不超過1.8億年。
天文學家從宇宙中的一些第一顆恒星那里獲得了一個長期尋找的信號，確定這些先驅(qū)在大爆炸后僅僅1.8億年就燃燒明亮。
科學家長久以來，人們一直懷疑早在那之前，黎明就已經(jīng)降臨到宇宙中；理論家的模型也預(yù)言了同樣多的事情。但直到現(xiàn)在，研究人員才有證據(jù)支持這一觀點。在這項新的研究之前，最古老的恒星可以追溯到大爆炸后4億年。亞利桑那州立大學地球與空間探索學院的天文學家朱德鮑曼（Judd Bowman）說：【宇宙：大爆炸到現(xiàn)在只需10個簡單的步驟】
“這將我們對恒星形成的時間和方式的認識推向了宇宙的早期，”
這些非常古老的恒星是開拓者。盡管它們是由原始的氫和氦結(jié)合而成，但它們啟動了一個恒星誕生和死亡的持續(xù)過程，最終在億萬年里，給宇宙注入了重元素——地球這樣的巖石行星是由重元素構(gòu)成的。
“如果你看看我們的宇宙起源，”鮑曼告訴《太空》雜志，“梯子的最底層是第一個物體形成并豐富介質(zhì)以使其他一切成為可能的過程。”
此外，鮑曼和他的團隊發(fā)現(xiàn)的信號異常強烈。事實上，它是如此強烈，暗示著神秘的暗物質(zhì)和組成恒星、你我以及我們在宇宙中所能看到的一切的“正常”物質(zhì)之間可能存在著相互作用。
在噪音中篩選時間越早，就越難用諸如美國宇航局的哈勃太空望遠鏡。首先，要找的星星越來越少。直到大爆炸之后的5億年，宇宙中充滿了中性氫原子，它們擅長遮光。（來自第一顆恒星的輻射最終將這些原子分裂成其組成的質(zhì)子和電子，產(chǎn)生一個更透明的電離等離子體，但這需要一段時間。）
因此，鮑曼和他的同事們采取了一種間接的途徑，尋找這些早期恒星可能留在宇宙背景輻射（CMB）上的指紋-大爆炸遺留下來的古老光線。這種想法認為，恒星的紫外線輻射會激發(fā)氫原子進入一種不同的狀態(tài)，導致它們吸收CMB光子。
理論上，這種CMB信號的下降應(yīng)該是可以探測到的。因此，研究小組建造、校準并測試了一個廚房桌子大小的無線電天線，他們稱之為“檢測全球EoR（再電離紀元）特征（EDGES）的實驗”，該項目由美國國家科學基金會（NSF）資助，
EDGES地面無線電光譜儀，在西澳大利亞的CSIRO的默奇森射電天文臺。（澳大利亞CSIRO）
然后，他們在西澳大利亞的Murchison射電天文觀測站（MRO）安裝了設(shè)備。MRO位于澳大利亞國家科學機構(gòu)聯(lián)邦科學和工業(yè)研究組織（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization）維護的一個非常安靜的無線電區(qū)域。
該站點的無線電安靜方面是關(guān)鍵，因為建模工作表明鮑曼和他的同事正在尋找與調(diào)頻收音機撥號頻率重疊的信號。研究人員已經(jīng)不得不應(yīng)對銀河系中所有的背景無線電噪音。“我們銀河系的驚人照片（圖庫）”
“這是一個巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，使這一檢測，”彼得庫爾欽斯基，國家科學基金會項目主管，誰監(jiān)督資金的邊緣，在一份聲明中說噪聲源可以比信號亮10000倍。就像置身于颶風之中，試圖聽到嗡嗡聲明伯德的翅膀。
但是邊緣拾起了這個微小的翼瓣，發(fā)現(xiàn)了一個在78兆赫頻率下最強烈的傾角。氫以相當于1420兆赫的波長發(fā)射和吸收輻射，因此探測到的信號邊緣被“紅移”——宇宙的膨脹將其拉長到較低的頻率。當這些CMB光子被吸收時，這種紅移的程度告訴了研究小組：宇宙誕生約1.8億年后。
鮑曼和他的研究小組今天（2月28日）在《自然》雜志的在線研究中報告了這些結(jié)果。
這些在沙漠中有一個小型無線電天線的研究人員已經(jīng)看到了更遠的距離“比最強大的太空望遠鏡，打開了早期宇宙的新窗口，”庫欽斯基說，
邊緣信號在不到1億年后逐漸消失，可能是因為超新星、黑洞和其他物體發(fā)出的X射線使氫原子在這一點上顯著升溫，鮑曼說：
是宇宙的時間線，更新后顯示了第一顆恒星出現(xiàn)的時間（大爆炸后1.8億年）。（國家科學基金會N.R.富勒）暗物質(zhì)的參與？”
“發(fā)現(xiàn)的信號邊緣強度大約是團隊預(yù)期的兩倍。鮑曼說，對于這種令人驚訝的強度，有兩種可能的解釋：一種是早期的無線電背景比科學家們想象的要強烈得多，另一種是氫氣明顯變冷了。
研究小組傾向于第二種可能性，鮑曼說，因為很難想象一個能將無線電背景提高到必要水平的過程。弄清楚是什么冷卻了氫也很難，但有一個很有前途的競爭者：暗物質(zhì)，占物質(zhì)宇宙85%的神秘物質(zhì)。
暗物質(zhì)既不吸收也不發(fā)射光，因此無法直接看到（因此得名）。天文學家從物質(zhì)對“正常”物質(zhì)的引力效應(yīng)推斷出物質(zhì)的存在，但他們不知道暗物質(zhì)究竟是什么。大多數(shù)研究者認為它是由尚未發(fā)現(xiàn)的粒子組成的，假設(shè)的斑點如軸子或弱相互作用的大顆粒。“KdSPE”“KDSPs”在以色列特拉維夫大學的天體物理學家Rennan Barkana的同一期自然研究中的一個單獨的研究中，這表明，冷暗物質(zhì)可能吸收了氫氣中的能量，使其冷卻。如果發(fā)生這種情況，“暗物質(zhì)粒子不比幾個質(zhì)子質(zhì)量重，遠低于通常預(yù)測的弱相互作用的大質(zhì)量粒子的質(zhì)量，”巴卡納在他的研究中寫道，
如果巴卡納是對的，鮑曼和他的團隊已經(jīng)研究了一些奇異的物理學，并發(fā)現(xiàn)了關(guān)于暗物質(zhì)本質(zhì)的一條重要線索很重要。[畫廊：宇宙中的暗物質(zhì)]
“我們一直在尋找任何能告訴我們更多關(guān)于暗物質(zhì)可能是什么的東西，”鮑曼說如果這真的被證實并且繼續(xù)被證實-檢測是真的，而且倫南的假設(shè)是真實的[而且]是最好的解釋-那么這很可能是提高我們對暗物質(zhì)真實性認識的第一個關(guān)鍵。
下一步說到確認探測-這是早期宇宙研究的下一步，鮑曼說。他和他的團隊花了大約兩年時間驗證他們的發(fā)現(xiàn)，排除了所有可能的替代解釋。但要使這一發(fā)現(xiàn)堅如磐石，另一個研究小組還需要發(fā)現(xiàn)這一信號。
如果真是這樣，天文學家們可以挖掘出更多的信息，鮑曼說。畢竟，現(xiàn)在他們知道在哪里可以找到它了。
例如，通過敏感的射電望遠鏡陣列的進一步研究，應(yīng)該能揭示更多關(guān)于信號所暗示的非標準物理，以及更多關(guān)于宇宙中第一顆恒星的性質(zhì)的信息，他說。
同時，我們也希望我們能夠
宇宙黎明:天文學家發(fā)現(xiàn)宇宙第一顆恒星的指紋
一位藝術(shù)家對宇宙中第一顆恒星的描述。（圖片版權(quán)所有）國家科學基金會N.R.富勒， 宇宙黑暗時代持續(xù)不超過1.8億年。天文學家從宇宙中的一些第一顆恒星那里獲得了一個長期尋找的信號，確定這些先驅(qū)在大爆炸后僅僅1.8億年就燃燒明亮。科學家長久以來，人們一直懷疑早在那之前，黎明就已經(jīng)降臨到宇宙中；...
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