近期有望侦测到宇宙第一颗星星的光

原创：牧夫天文

翻译：田程偲

校对：郭皓存

编排：胡暖暖

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://www.universetoday.com/144188/astronomers-are-about-to-detect-the-light-from-the-very-first-stars-in-the-universe/

一个科学家团队正在尝试使用默奇森宽场阵列（Murchison
Widefield
Array，简称MWA）射电望远镜，寻找来自宇宙第一代恒星发出的信号。最初的恒星是在宇宙黑暗时代之后形成的。为了找到它们的“第一束光”，研究人员尝试着找到中性氢的信号，因为中性氢是黑暗时代之后宇宙中物质的主导成份。

MWA射电望远镜正在搜寻第一代恒星发出的信号。

Credit: Goldsmith/MWA Collaboration/Curtin University

初代恒星并不是在宇宙诞生的一开始就存在的，而是经历了一个漫长的演化过程。大爆炸之后的一段时间内，宇宙温度极高，温度高到原子无法形成，而没有原子，也就不可能有恒星。直到大爆炸之后的大约377,000年，宇宙才膨胀并冷却到足以形成原子的状态，弥漫着由中性氢和少量的氦（以及痕量锂）组成的星云物质，直到这些星云物质不断凝聚形成原始星核。此后，宇宙再电离时代期间，最早的恒星开始渐渐形成。

为了找到来自中性氢难以捉摸的信号，研究人员对位于西澳大利亚偏远地区的MWA进行了重新配置。在2013年刚开始运行时，MWA只有128块由2048个无线电天线排列组成的“瓦”，而现在为了寻找中性氢信号，“瓦”的数量增加了整整一倍，达到256块，整个阵列被重新排列。所有这些接收器搜集到的数据都被馈送到名为“Correlator”的超级计算机中。

由256个接收器组成的MWA射电望远镜。

Credit: MWA Collaboration/Curtin University.

即将在《天体物理学》上发表的一篇新论文展示了对新配置阵列的数据的首次分析结果。该论文的第一作者是布朗大学的博士生Wenyang
Li，标题为“ First Season MWA Phase II EoR Power Spectrum Results at
Redshift 7”。

为了了解来自中性氢的信号强度，研究人员为该信号设置了最低限度，这是搜索中性氢微弱信号的关键。

 “我们可以自信地说，如果中性氢信号强于我们设定的最低限度，那么望远镜将一定能够探测到它。” 布朗大学物理学助理教授兼论文的通讯作者Jonathan Pober说道。“这些发现可以帮助我们进一步缩小从宇宙黑暗时代结束到初代恒星产生的时间范围。”

尽管我们看似为宇宙早期事件划分了详细的时间轴，但事实上我们对初期宇宙的理解仍有很大的知识空缺。我们知道，在黑暗时代之后，再电离时代开始了。原子的形成促成了宇宙中第一批天体的出现，例如恒星、矮星系和类星体。早期，这些天体释放的任何光线都几乎立即被周围的密集中性氢介质吸收，但是莫名其妙地，星系际介质从寒冷和中性状态变成温暖和电离状态，之后中性氢便从星际空间中消失了。（http://baijiahao.baidu.com/s?id=1578937849151379818&wfr=spider&for=pc

第4-5段）

宇宙历史图解 

Credit:  Djorgovski et al, (Caltech)

科学家们想知道随着黑暗时代的到来，中性氢是如何变化，并进入了再电离时代。第一代恒星为我们今天看到的宇宙结构奠定了基础，但若想要真正理解它们，科学家还要找到从早期中性氢发出的信号。

但想要找到这些微弱的信号并不容易，只有极其灵敏的探测器才能发现它们。尽管中性氢最初发出的辐射波长为21

cm，但由于宇宙的膨胀，信号现在已被拉伸到大约2米。由于长达2米的信号很容易在许多其他类似自然和人为信号中丢失，所以天文学家选择将MWA建立在澳大利亚偏远地区，这样可以使中性氢信号尽可能与无线电噪声隔离。

“所有其他来源的信号强度都比我们试图探测的中性氢信号强许多数量级。” Pober说道， “即使是飞机反射的FM无线电信号从望远镜上方经过，也足以干扰数据。”

这也是Correlator超级计算机处理能力的用武之地。Correlator不仅能够筛弃污染信号，也兼具考虑MWA性质的能力。

从大爆炸到现在的宇宙演变图，其中包括两个再电离时代。

Credit: NASA, ESA, and A. Feild (STScI)

“当观察不同频率或波长的无线电时，我们需要对望远镜进行相应调整。” Pober说道，“校正望远镜对于识别天体物理污染物和目标信号至关重要。”

MWA阵列的重新配置、数据分析技术、Correlator超级计算机以及研究人员的辛勤工作，种种努力使得论文得出了中性氢信号的新上限值。这是与MWA合作的科学家们第二次发布的更精确的限值。随着研究的不断深入，科学家们希望最终能够找到难以捉摸的中性氢信号。

『天文时刻』 牧夫出品

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原图链接：https://www.asteroidmission.org/candidate-sample-sites/