科學家探索宇宙中的第一縷星光

蕭路

【正見新聞網2019年09月11日】

據phys.org報導,天文學家正在探尋一個已經在宇宙中穿行120億年的信號,從而了解宇宙的最原始恆星的生死。研究組的新論文即將發表於《天體物理期刊》。

圖:宇宙再電離時代示意圖,紅色的中性氫元素正在被白色的最早期恆星逐步電離。 Credit: Paul Geil and Simon Mutch

利用位於西澳大利亞偏遠腹地中的默奇森寬陣列(Murchison Widefield Array, MWA),研究小組專注探測中性氫元素髮出的電磁輻射。中性氫元素被認為是宇宙最初期宇宙的主要組成部分。
最終,這些氫原子開始聚集在一起形成最原始的恆星,而這些恆星的光輝會電離一部分中性氫元素。這個宇宙時期稱為再電離時代。

「定義再電離時代的宇宙演化對於天體物理學和宇宙學的理解非常重要,」文章第一作者,澳大利亞墨爾本大學(Universityof Melbourne)的Nicole Barry博士解釋說,「到目前為止,沒有人能夠觀察到它。我們的觀測結果可以使我們更接近這個目標。」

在電離時代之前占據宇宙時空的中性氫以大約21厘米的波長輻射。由於宇宙膨脹造成的紅移,我們探測到的波長延伸到2米以上。這些信號仍然可以被觀測到,並且理論上它是探索宇宙初期物理狀態的最佳方法。

但是,想要獲取這些信號非常困難。

「我們正在尋找的信號超過120億年,」文章合作者,澳大利亞科廷大學(Curtin University)國際射電天文研究中心的Cathryn Trott教授解釋道,「它特別弱,而且它和我們之間還有很多其他星系。這些星系會阻礙我們尋找的信號,並且非常難以區分。」

「我們不能說這篇論文讓我們更接近於精確確定再電離時代的開始或結束,但它確實排除了一些更極端的模型,」Trott教授說,「比如有些模型認為再電離時代時間很短,或者當時的宇宙溫度很低,這樣的模型都被排除了。」

Barry博士認為這些結果不僅代表了探索初期宇宙的重要一步,而且還建立了進一步研究的框架。

「我們從MWA獲得了大約3000小時的數據,」她解釋說,「並且其中一些數據對於我們的研究目標更有用。這種方法可以讓我們確定哪些數據最有希望,並且更好地分析它們。 」

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