“黑暗时代”：第一个星系形成时刻

　　 默奇森广域阵列是澳大利亚内陆的一个射电望远镜网络，科学家利用该阵列在天空中搜索中性氢的踪影，这可能是宇宙黑暗时代最后的遗存　　 　　北京时间12月12日消息，据国外媒体报道，宇宙曾经在数亿年的时间里一片漆黑，而一种原子可能就是开启这个被忘记年代的钥匙。

　　很久以前，在第一颗恒星构成之前的几百万年里，整个世界一片漆黑。这段世界“漆黑时代”从大爆炸后约40万年开端，持续了数亿年，标志着最近一次真实的真空；世界中没有行星，没有恒星，没有星系也没有生命，只要一团由大爆炸构成的氢原子组成的雾，在无尽的漆黑中飘扬。

　　今日，世界各地的望远镜都在试图一窥这些原始的氢（被称为中性氢原子），以确认黑暗时代最终结束，以及第一个星系形成的时刻。虽然这些陈旧的原子非常难以捉摸，但在澳大利亚内陆进行观测的一组研究人员或许现已非常接近找到它们。

　　根据宣布在预印本数据库arXiv上的一项新研讨，天文学家运用默奇森广域阵列（Murchison Widefield Array，简称MWA）射电望远镜深化观察宇宙的过去，搜索中性氢的标志性波长。惋惜的是，研讨人员没有找到想要找的东西，但利用望远镜阵列最近更新的设置，研讨小组确认了中性氢信号强度的最低极限。

　　如果中性氢信号比咱们在论文中设定的极限更强，那望远镜就会探测到它们。这意味着寻觅这些古老分子的工作仍在继续，而研究人员现在知道，中性氢的痕迹其实比预期的愈加含糊。

　　　　第一个原子

　　贯穿早期世界的能量是如此之强，以至于每个原子的电子都被夺走，然后获得一个正电荷。第一个原子是带正电荷的氢离子。在数十万年的时间里，世界冷却并膨胀到足以让这些氢离子从头获得电子，再次变成中性。这些中性的氢原子被认为是世界黑暗时代的主要特征。终究，当足够多的原子聚集在一起，形成第一批恒星时，这些原子又会被这些恒星的辐射能量从头电离。

　　科学家现已知道，中性氢发出的辐射波长为21厘米。但是，随着宇宙在过去的120亿年里不断胀大，这些波长也被拉长了。据这项新研究的作者估计，中性氢的波长现已延伸到大约2米，而他们正是使用WMA望远镜在天空中搜索这一信号。

　　问题是，有许多光源（包含人工的和天然的）都以相同的波长辐射。所有这些其他光源都比我们试图探测的信号强许多个数量级，即使是从一架刚好通过望远镜上方的飞机反射回来的调频无线电信号，也足以污染数据。

　　因此，研究人员写了一组方程，以在观察结果中辨认并去除这些搅扰。在拍摄了1200多张天空的无线电波快照后，研究人员确认，他们发现的每一个2米波长的痕迹信号都来自于中性氢以外的其他来源。

　　虽然最重要的中性氢原子信号仍未被发现，但这项新研讨成功缩小了未来寻觅中性氢的规模。研讨人员称，这些结果有力地表明，MWA望远镜的观测正引导咱们沿着正确的路途寻觅中性氢。随着进一步的研讨，宇宙黑暗时代的最终遗址可能很快就会被发现。

　　　　什么是宇宙的“黑暗时期”？

　　世界演化历史中的“黑暗时期”指的是大爆炸结束时的等离子体复合到第一代恒星开端构成的时期。此前的世界中充溢高能量的光子，导致世界中的普通物质（主要是氢和氦）处于电离状态。大爆炸后约40万年时，随着世界膨胀，这些光子的能量不足以再电离氢和氦，所以自由电子与氢、氦原子构成中性原子。随着自由电子消失，光子能够自由传达，不再发作散射，从而使世界变得通明。这些光子终究红移至微波波段，构成今日咱们所观测到的世界微波背景辐射。此刻的世界非常均匀，没有恒星，除了氢、氦和少数在大爆炸核合成时期产生的轻核如氘、氦-3、锂之外也没有其他元素，因而被称为黑暗时期。

　　现在，现有的地理观测能够看到漆黑时期之前的世界，即世界微波背景辐射；也能够看到漆黑时期之后的世界，包含恒星、星系、类星体等，但仍然无法观测到漆黑时期的世界。了解并观测这段时期发生的物理过程是地理学中非常重要的科学问题。