最早形成的恒星的光信号已找到,约在这时期形成的

文章作者:bianji3 | 2018-04-08
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      恒星的物质来源于星云。每一个星云都是恒星的摇篮,其中孕育着数百万颗恒星。星云中重要的物质不是那些灿烂的气体云,而是其中较暗的部分,包含很多尘埃云。恒星的形成就发生在这些尘埃云中。这些尘埃云密度很大,因此一般情况下,我们很难用一般的望远镜观测到内部的一些过程。关于恒星是如何形成的这一问题成为了天文学中的一个谜。

      天文学家第一次发现了长期寻找的宇宙中有史以来最早形成的恒星的光信号——这些恒星约在宇宙大爆炸的1.8亿年后形成。

澳大利亚西部的一个射电望远镜探测到宇宙第一批恒星发出的光。澳大利亚西部的一个射电望远镜探测到宇宙第一批恒星发出的光。

  来源:联邦科学与工业研究组织

  信号是氢吸收一些原始光后在背景辐射上留下的“指纹”。证据表明构成早期宇宙的气体比预测的要冷。物理学家说,这可能是受暗物质影响的一个标志。如果得到证实,这一发现可能标志着暗物质首次通过引力效应之外的其他事物被探测到。

  “除了宇宙大爆炸的余辉之外,这是我们首次看到来自这么早的宇宙时期的信号。”亚利桑那州立大学的天文学家Judd Bowman说。他负责领导这项研究,该研究于2月28日发表在《自然》上。荷兰格罗宁根大学的宇宙学家Saleem Zaroubi说:“如果这是真的,这将是重大新闻。”他还表示,其他团队需要确认该信号,但迄今为止,这些发现似乎很可靠。“这是件非常令人兴奋的事。这是宇宙历史上我们知之甚少的一段时期。”

  恒星闪耀

  物理学家认为,138亿年前的宇宙大爆炸产生了一个电离等离子体,并随着宇宙的膨胀迅速冷却。大约37万年后,这团混沌开始形成中性氢原子。随着时间的推移 和在重力的影响下, 它们聚集在一起形成了燃烧的恒星。这种转变被称为宇宙黎明(参见‘黎明的早期光’)。

  现在这些恒星的光线是如此微弱,以至于用地球望远镜探测它几乎是不可能的。但是天文学家一直希望间接地看到它:这些光应该微妙地改变了曾经充满恒星之间空间的氢的行为。这种改变使得氢气在21厘米的无线电波长下,吸收宇宙微波背景(CMB)的辐射——也就是宇宙大爆炸的余辉,使CMB的强度下降。

  为了寻找该信号,团队使用了一台名为“全天再电离时期信号探测实验” (EDGES)的射电望远镜,它位于澳大利亚西部的默奇森射电天文台。因为我们自己的星系和人造FM收音机产生与信号相同波段的波,因此要仔细滤除这些更强大的信号源才可能发现CMB强度的下降。但Bowman和同事们很快就发现了和预测频率值大致一致的信号。尽管其辐射强度有0.1%的下降,但仍是预测的大小的两倍。这一发现如此突出,所以研究人员花了两年时间来确认它并非来自仪器效应或噪音。他们甚至建造了第二根天线,并在不同的时间将它们的仪器指向不同的天空片。“两年后,我们通过了所有测试,并且找不到任何替代解释,” Bowman说,“我们这才开始感到兴奋。”

  这个时期的辐射随着宇宙的扩展而延伸,这意味着发现信号的频带揭示了它的年代。这使得该团队能够将宇宙黎明的最新发生日期追溯到宇宙大爆炸发生后的1.8亿年。该信号的消失揭露了第二个里程碑——第一批恒星死亡所造成的更高能的X射线提高气体温度并关闭信号的时间。Bowman的团队把这个时间点定在大爆炸发生后约2.5亿年。

  了解这些原始恒星非常重要,不仅因为它们塑造了周围的物质,还因为它们的爆炸性死亡创造了含较重元素(如碳和氧)的混合物,后来进一步形成了恒星,Bowman介绍。“如果我们真的想要了解我们起源的宇宙阶梯,这是关键一步。”他说。

  宇宙摇篮

  尽管信号以预期的频率出现,但其强度完全出乎意料,以色列特拉维夫大学的宇宙学家Rennan Barkana说,他在《自然》上发表了第二篇相关论文。他说,“我其实很惊讶”,信号的强度表明,要么宇宙黎明中的辐射比预期要多,要么气体比预测的温度更低,不管哪个解释都“非常奇怪而且意外”。

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