来自第一批星系的信号揭示早期宇宙的关键

　　来自第一批星系的信号揭示早期宇宙的关键信息

　　据cnBeta：研究人员已经能够在对宇宙黎明的首批天体物理学研究中对第一批存在的星系做出一些关键的确定，"宇宙黎明"是指早期宇宙中第一批恒星和星系形成的时期。利用来自印度SARAS3射电望远镜的数据，剑桥大学领导的团队能够观察到非常早期的宇宙，即大爆炸后仅仅2亿年，并对第一批恒星和星系的质量和能量输出进行了限制。

　　与此相反的是，研究人员通过没有发现他们一直在寻找的信号，即所谓的21厘米氢线，能够对最早的星系进行这些限制。

　　这种未被发现的情况使研究人员能够对宇宙的黎明做出其他判断，对最早的星系进行限制，使他们能够排除一些情况，包括星系是宇宙气体的低效加热器和无线电发射的有效生产者。

　　虽然我们还不能直接观察到这些早期星系，但《自然-天文学》杂志上报道的这些结果代表了理解我们的宇宙是如何从大部分虚无过渡到充满恒星的一个重要步骤。

　　了解早期宇宙，即第一批恒星和星系形成的时间是新的观测站的主要目标之一。使用SARAS3数据获得的结果是一项概念验证研究，为了解宇宙发展的这一时期铺平了道路。

　　SKA项目--涉及两台将在本世纪末完成的下一代望远镜--将有可能制作出早期宇宙的图像，但是对于目前的望远镜来说，挑战在于探测厚厚的氢云重新辐射出来的第一批恒星的宇宙学信号。

　　这个信号被称为21厘米线--由早期宇宙中的氢原子产生的无线电信号。与最近发射的JWST（韦伯望远镜）不同，JWST将能够直接对早期宇宙中的单个星系进行成像，而用射电望远镜，如剑桥大学领导的REACH（分析宇宙氢的无线电实验）对21厘米线进行的研究，能够告诉我们关于甚至更早的星系的整个群体。预计在2023年初，REACH会有第一个结果。

　　为了探测21厘米线，天文学家们寻找早期宇宙中氢原子产生的无线电信号，该信号受到第一批恒星的光和氢雾背后的辐射的影响。今年早些时候，同样的研究人员开发了一种方法，他们说这将使他们能够看穿早期宇宙的雾气，并探测到来自第一批恒星的光，这些技术中的一些已经在目前的研究中得到了实践。

　　2018年，另一个操作EDGES实验的研究小组发表了一项结果，暗示可能探测到这种最早的光。与早期宇宙最简单的天体物理学图景中的预期相比，报告的信号异常强烈。最近，SARAS3的数据对这一探测提出了异议：EDGES的结果仍在等待独立观测的确认。

　　在对SARAS3数据的重新分析中，剑桥大学领导的团队测试了各种有可能解释EDGES结果的天体物理情景，但他们没有发现相应的信号。相反，该小组能够对第一批恒星和星系的属性做出一些限制。SARAS3的分析结果是第一次对平均21厘米线的无线电观测能够以限制其主要物理属性的形式提供对第一批星系属性的洞察。

　　与印度、澳大利亚和以色列的合作者合作，剑桥大学的团队使用来自SARAS3实验的数据来寻找来自宇宙黎明的信号，当时第一批星系形成。利用统计建模技术，研究人员无法在SARAS3数据中找到一个信号。剑桥大学卡文迪什实验室的博士生、该论文的第一作者哈里-贝文斯说："我们正在寻找一个具有一定振幅的信号。但是通过没有找到这个信号，我们可以对其深度进行限制。这反过来又开始告诉我们第一批星系的亮度如何。"

　　"我们的分析表明，氢信号可以让我们了解第一批恒星和星系的数量，"来自剑桥大学天文学研究所的共同领衔作者阿纳斯塔西娅-菲亚尔科夫博士说。"我们的分析对第一批光源的一些关键属性进行了限制，包括最早的星系的质量以及这些星系能够形成恒星的效率。我们还解决了这些光源如何有效地发射X射线、无线电和紫外线辐射的问题。"

　　同样来自卡文迪什实验室的Eloy de Lera Acedo博士说："这是我们的一个早期步骤，我们希望这将是一个发现宇宙如何从黑暗和空虚过渡到我们今天从地球上可以看到的恒星、星系和其他天体的复杂领域的十年，"他共同领导这项研究。

　　de Lera Acedo说："我们的数据还揭示了一些以前被暗示过的东西，那就是最早的恒星和星系可能对背景辐射有可测量的贡献，这些背景辐射是由于大爆炸而出现的，并且从那时起就一直向我们传播。能够在如此遥远的年代--大爆炸后仅仅2亿年--查看并了解早期宇宙的情况，这真是令人惊奇。"