科学家发现宇宙第一颗恒星形成证据,离大爆炸仅 1.8 亿年

作者 | 发布日期 2018 年 03 月 01 日 14:28 | 分类 天文 , 尖端科技 , 自然科学
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【Technews科技新报】就好比从飓风中聆听蜂鸟的振翅声一样困难,但透过探测极微弱的无线电讯号,天文学家仍宣布找到了第一颗恒星的形成证据,距离大爆炸仅仅 1.8 亿年!同时,另一组科学家也发现此时宇宙温度比预期的还要寒冷 2 倍,研究人员表明,很可能就是暗物质相互作用下的结果。



根据大霹雳理论,大约 138 亿年前宇宙发生了大爆炸(Big Bang),从一个极紧密、极炽热的奇点不断膨胀至现在的状态。宇宙诞生后不久便陷入黑暗时期,光被隐匿在混沌(中性氢原子阻挡了光线)中,直到物质开始聚集,并在极高压力下压缩成足以发生核融合的核心,第一批恒星至此开始闪烁。

(Source:美国国家科学基金会

当这些元老恒星开始向宇宙发射紫外线辐射时,它们的光子与中性氢气混合而使宇宙“云散天开”,自混沌中变得半透明。而也就是当氢原子吸收背景辐射时产生的无线电波以特定频率穿越太空,让天文学家得以用无线电望远镜观测到它们的轮廓。

时间改变了波长

由于宇宙不断膨胀,加上元老恒星带来的无线电波已在太空飞了很久很久,氢原子的波长随着时间推移而增加(根据普朗克定律,波长与能量成反比),频率降低,这就是此次天文学家利用一台放在澳洲沙漠中、一个相当小的无线电天线光谱仪“EDGES”所检测到的微弱讯号。

▲ 无线电天线光谱仪“EDGES”。(Source:亚利桑那州立大学

当你在调整 FM 广播频段时,你不总是听到电台播放的音乐、新闻或广告──多数情况下,你听到杂音和静音,这种环境背景声实际上来自整个银河系的乱码讯号。

假如你拥有地球上最敏感的调频接收机,就跟上述团队所使用的仪器一样,那么你就也可能找到一个极微弱讯号,没有被地球上的各种无线电讯号淹没,不是来自银河系,而是来自宇宙最早的恒星──距离大爆炸仅仅 1.8 亿年,也就是距今远达 136 亿年前。

美国国家科学基金会天文科学部主管 Peter Kurczynski 形容,这难度就好比你想在飓风中聆听蜂鸟振翅的声音。

麻省理工学院、亚利桑那州立大学团队的观测结果,基本上是来自调频最低频段中,无线电波振幅的小幅下降,但这种微小变化已然可以揭示早期宇宙发生的事情,尤其是大爆炸后的前几亿年,那是现代望远镜几乎看不透的黑暗时代。该团队花了整整 1 年时间确认,研究发布在《自然》期刊。

当氢开始吸收背景辐射时,波长为 21 公分,相当于频率 1420 MHz,但由于宇宙膨胀,估计这些频率到达地球时会落在100 MHz 左右,因此团队最初将天线设置为接收宇宙中 100~200 MHz 间的频率,一无所获。

随后团队意识到 100 MHz 是基于假设氢气比周围介质还要热,如果氢气实际上更冷一些呢?于是他们将接收范围调整至 50~100 MHz 间,接着就像被雷击中一般,他们看见 78 MHz 左右振幅下降的最强烈,这件事告诉团队:当氢原子开始吸收背景辐射时,宇宙刚诞生约 1.8 亿年。

未参与研究的哈佛天体物理学家 Avi Loeb 接受《Gizmodo》采访时表示,如果该团队的检测是正确的,基本上可以得到两项诺贝尔奖,一个成就是探测到大爆炸后 1.8 亿年的氢气,另一个则是暗物质牵涉其中,致使宇宙当时温度比估计的还要冷。但由于这是单一团队单一检测,后续还需有其他独立实验来佐证。

(首图来源:美国国家科学基金会

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