來自時(shí)間黎明的微弱信號(hào)可能會(huì)揭示最早的星星

提示最先出星照亮宇宙可能會(huì)在黎明時(shí)分微弱的無線電信號(hào)中被發(fā)現(xiàn)。

宇宙學(xué)21 厘米信號(hào)由充滿恒星之間空間的中性氫釋放，僅在 1 億年后Big Bang可能受到了編碼這些恒星特性的方式的影響。

我們還沒有到達(dá)那里，但新一代射電望遠(yuǎn)鏡設(shè)施的觀測將使天文學(xué)家能夠梳理出這些第一批恒星的質(zhì)量，這是理解宇宙演化的重要線索，尤其是在早期難以看到的宇宙中時(shí)代.

“這是一個(gè)獨(dú)特的機(jī)會(huì)，可以了解宇宙的第一縷曙光從黑暗中出現(xiàn)。天文學(xué)家阿納斯塔西婭·菲亞爾科夫 （Anastasia Fialkov） 說劍橋大學(xué)和英國卡弗里宇宙學(xué)研究所的教授。“從一個(gè)寒冷、黑暗的宇宙過渡到一個(gè)充滿星星的宇宙，這是一個(gè)我們才剛剛開始理解的故事?！?/p>

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一開始，一片黑暗.這個(gè)微小但迅速膨脹的宇宙充滿了由小原子核和自由電子組成的熾熱、濃密的等離子體霧。

當(dāng)它們冷卻時(shí)，這些顆粒聚集在一起形成中性氫和一點(diǎn)點(diǎn)氦。但是周圍沒有很多星星，所以有一段時(shí)間它保持了相當(dāng)暗的。

人們認(rèn)為第一批恒星就是從這種中性氣體中形成的，但是，盡管我們盡了最大的努力，我們還沒有確定出一顆恒星從第一代開始在黑暗中閃閃發(fā)光的燈光。

一些天文學(xué)家認(rèn)為，這是因?yàn)榈谝慌阈鞘?a>絕對巨大，質(zhì)量是太陽的數(shù)千倍，壽命極短。這么大質(zhì)量的恒星會(huì)在宇宙之眼的眨眼間生死。

這樣的特征將使找到它們變得極具挑戰(zhàn)性，但它們可能在宇宙中留下了其他印記。宇宙學(xué)上的 21 厘米信號(hào)是一個(gè)潛在的標(biāo)志：早期宇宙中星際中性氫在電子反轉(zhuǎn)自旋時(shí)發(fā)出的非常非常微弱的射電光。

射電望遠(yuǎn)鏡，例如平方公里陣列 （SKA）和宇宙氫分析無線電實(shí)驗(yàn) （達(dá)到）將足夠強(qiáng)大來觀察到這個(gè)微弱的信號(hào)。當(dāng)他們這樣做時(shí)，新的研究向他們展示了尋找第一批恒星的證據(jù)需要什么。

在劍橋天體物理學(xué)家托馬斯·格西-瓊斯 （Thomas Gessey-Jones） 和卡弗里宇宙學(xué)研究所 （Kavli Institute for Cosmology） 領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究工作中，科學(xué)家們對 21 厘米的信號(hào)進(jìn)行了建模，發(fā)現(xiàn)第一批恒星會(huì)對其產(chǎn)生可探測和可測量的影響。

不僅如此，研究還顯示了這種效應(yīng)會(huì)是什么樣子——這樣，當(dāng)觀察結(jié)果出來時(shí)，科學(xué)家們就會(huì)知道他們發(fā)現(xiàn)了什么。

“我們是第一個(gè)持續(xù)模擬第一批恒星質(zhì)量的 21 厘米信號(hào)依賴性的小組，包括紫外線星光的影響和第一批恒星死亡時(shí)產(chǎn)生的 X 射線雙星發(fā)射的影響，”Fialkov 說.

“這些見解來自整合宇宙原始條件的模擬，例如大爆炸產(chǎn)生的氫氦成分。”

什么時(shí)候大質(zhì)量恒星死亡，它們的核心在重力作用下坍縮并演化成宇宙中最密集的天體：中子星和黑洞.這些極端物體生產(chǎn)強(qiáng)大的 X 輻射這會(huì)對周圍的材料產(chǎn)生深遠(yuǎn)的影響。

研究人員表示，之前對第一顆恒星對 21 厘米信號(hào)的影響進(jìn)行建模的工作沒有考慮這種 X 輻射。

建模的結(jié)果可能與觀察到的信號(hào)不完全相同——但這項(xiàng)工作使天文學(xué)家更接近找到它。

“我們報(bào)告的預(yù)測對我們理解宇宙中第一批恒星的性質(zhì)具有巨大影響，”天文學(xué)家 Eloy de Lera Acedo 說劍橋。

“我們展示了證據(jù)表明，我們的射電望遠(yuǎn)鏡可以告訴我們關(guān)于那些第一批恒星的質(zhì)量的詳細(xì)信息，以及這些早期的光可能與今天的恒星有很大不同?！?/p>

該研究已發(fā)表在自然天文學(xué).

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