一個科學家團隊正在與默奇森寬場陣列（WMA）射電望遠鏡合作，嘗試從宇宙的第一批恒星中獲取信號——這批恒星是在宇宙黑暗時代之后形成的。為了探測到它們的第一束光，研究人員需要先尋找中性氫的信號，這種氣體在黑暗時代后占據(jù)了宇宙。
形成第一批恒星需要一定時間。大爆炸之后，宇宙極度炙熱，導致原子無法形成。沒有原子，也就無法形成恒星。
澳大利亞默奇森寬場陣列 （圖源：Baidu）
直到大爆炸后的大約37.7萬年，宇宙才膨脹并冷卻到足以形成原子的狀態(tài)，主要是氫和少量的氦（還有痕量鋰）。此后，在再電離時代期間，最早的恒星開始形成。
宇宙大爆炸設(shè)計圖 （圖源：Bing）
為了找到來自中性氫的難以捉摸的信號，MWA進行了重新配置。MWA位于偏遠的西澳大利亞州，2013年開始運作，有2048個無線電天線，它們被排列成128個"瓦片"。為了尋找這個信號，“瓦片”的數(shù)量增加了一倍，達到256塊，整個陣列被重新排列。這些接收器里的所有數(shù)據(jù)都被輸入到一臺名為Correlator的超級計算機中。
即將在《天體物理學雜志》上發(fā)表的一篇論文介紹了對新配置陣列中數(shù)據(jù)的首次分析結(jié)果。論文的標題為“Redshift 7的第一季度MWA II期EoR 功率頻譜結(jié)果”。首席研究員是布朗大學博士生李文洋。
這項研究旨在了解中性氫信號的強度。分析設(shè)定了該信號的最低限度，這是搜索微弱信號本身的關(guān)鍵結(jié)果。
布朗大學物理學助理教授，論文作者喬納森·波伯表示：“我們可以自信地說，只要這個中性氫信號強于我們在論文中設(shè)定的極限，望遠鏡就能觀測到它。這些發(fā)現(xiàn)可以幫助我們進一步限制宇宙黑暗時代的結(jié)束時間以及第一顆恒星出現(xiàn)的時間?！?/span>
盡管看起來像早期宇宙中事件的詳細時間表，但我們的理解仍存在很大差距。黑暗時代之后，宇宙開啟了再電離時代。在這一時期，原子的形成導致了宇宙中第一個結(jié)構(gòu)的出現(xiàn)，例如恒星、矮星系和類星體。
類星體MRK 231（圖源：tech.qq）
當這些物質(zhì)形成時，他們的光在宇宙中傳播，使中性氫重新電離。之后，中性氫便在星際空間中消失了。
宇宙的歷史
從宇宙黑暗時代過渡到再電離紀元，再到再電離紀元的展開，科學家想知道中性氫在這段期間是如何變化的。宇宙中形成的第一批恒星是我們今天看到的結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，要理解它們，科學家們需要從早期的中性氫中尋找信號。
但這并不容易。這個信號很微弱，我們需要非常靈敏的探測儀器才能找到它。雖然中性氫最初以21厘米的波長發(fā)射輻射，但由于宇宙膨脹，信號被拉伸了。
現(xiàn)在信號的長度大約是2米。它很容易在許多其他相似的自然或人為信號中丟失。這就是為什么MWA建立在偏遠的澳大利亞——為了將它與盡可能多的無線電噪音隔離。
無線電干擾 （圖源：sohu）
波伯說：“其余的信號來源都要比我們試圖探測到的中性氫信號強很多個數(shù)量級。即使飛機上反射的調(diào)頻無線電信號恰好從望遠鏡上方通過，也足以污染數(shù)據(jù)?！?/span>
這就到了展現(xiàn)Correlatoe超級計算機處理能力的時候了。它能夠丟棄污染信號，也可以考慮MWA本身的性質(zhì)。
“如果我們觀察不同的無線電頻率或波長，望遠鏡的表現(xiàn)會有所不同，”波伯表示，“校正望遠鏡的反應(yīng)對于分離天體物理污染物以及目標信號至關(guān)重要?！?/span>
陣列的重新配置、數(shù)據(jù)分析技術(shù)、超級計算機功能以及研究人員的辛勤工作都有了結(jié)果。論文為來自中性氫信號提出了新的上限。
這是與MWA合作的科學家第二次發(fā)布新的，更精細的限制。隨著不斷的進步，科學家們希望找到這個難以捉摸的信號本身。
波伯說：“這一分析表明，第二階段的升級產(chǎn)生了許多預期效果，新的分析技術(shù)將改善未來的分析。MWA現(xiàn)在連續(xù)發(fā)布了信號的兩個最佳限制，這一事實使這種實驗及其方法具有很大的前景?！?/span>
作者: sciencealert
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參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3.原文來自：https://www.sciencealert.com/astronomers-are-closing-in-on-the-precise-moment-the-universe-lit-up?perpetual=yes&limitstart=1
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