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剧情简介
图解(🌂)：这是欧洲航天局(❄)提供的一张描(🎮)绘再电离纪元的图像。从(😢)左到右(🕘)呈现(🔢)的是：宇(💟)宙中最古老的光，最古老的恒星以及最古老的星系的再电离过程。 天文学(❓)家(🚑)找到(🤞)了一处源自时间初始(🥅)的宇宙(🆓)遗迹，这处遗迹展示了最古老的一批(🚹)恒星生(🍄)命伊(🐦)始的光芒。这项研究也揭露了(💀)一条(🎂)引人注意的线索(❎)：暗物(🐔)质(🔕)如(🌆)何影(🤥)响早期宇宙。 在探讨那处遗迹(🌮)究竟是什么之前，我们需要重溯到138万亿年前的的大爆炸事件之后。在那时，宇宙是(👝)一团旋转的、(🧜)灼(🍎)热的(🔖)等离子体，一堆高密(🥟)度的(🏬)、(🔘)带着高电荷(👒)的（或者说高度电离的）(🚖)粒子。随着这些等离(👛)子体冷却，宇宙不(🚞)断膨胀，大约在宇宙诞生三十七万年后中(🗝)性氢（由一个(🆗)质子和一个电子构成的最基础原子）形成。最终，这些中性氢气(🤮)体在重力作用下聚集一起(🍸)，构成(⬛)了能(🌧)喷发出高能X射(🚟)线的最古老(💁)的的(🎎)恒星。 然(💾)而，“宇宙的黎明”究竟发生(🕴)于(🥍)何(🀄)时仍(🛌)然(🥩)一个是开(🅾)放讨(🚀)论的问(📏)题。时间已过去太久，那些(💆)古老(🤰)的恒星在婴儿(🍍)期发出的(🔽)最早(🗂)的光太微弱了，即(🏖)使是最先进(🕒)的天文台也不(😳)能观测到。 坐落于(🛍)西澳大利亚州的(🐊)一架冰箱大小(📶)的无线电天线可以帮助我们解决这场争议。这台设备(💕)用于“全天再电(🐝)离时期信号探测实(🤬)验”（the Experiment to Detect the Global Epoch of Reionization Signature, EDGES）。在追寻宇宙黎(👮)明的过程中(😦)，该(🏉)项目的研究者(😰)们也忙于 探索 远古辐射的另(❔)一来源——宇宙微波背景(🕝)（(🦁)the cosmic microwave background, CMB）。这种(🕠)被称之为(😮)“大爆(🐬)炸余烬”的辐射充斥(🥈)着宇宙的处处，也可以被检测到，因此能比较方便人(🛂)类 探索 宇宙最(🎡)初时期。 至关重要(😠)的信号(🚚)：“低谷” 让我们(🤝)回到宇宙的早期时光。当最早的(👓)恒星诞生时(✒)，宇宙微波背景的光子穿越了星际间(🛂)的中性氢，新(🚯)星(🤹)的诞(😎)生痕迹也会嵌入这些光子中。这种信号在(🖱)百(🚕)亿年之后被(🕕)天文学家发现，在某(🍠)种特定(💂)频率上呈现出“低谷”的样子。 “这是(🎋)我(👧)们第一次见到宇(🌈)宙中(🔊)除了‘大爆(💄)炸余烬’之外(🛅)这(🔊)么古(💴)老的信号，”天文(💡)学家Judd Bowman这样告诉《Nature》杂志，Bowman在美国亚利桑那州立(✴)大学工作，他领导了2月28日发表在Nature期刊上的(🐶)这(🐔)项研究。 找到这种(😖)信号并(🕡)不容易。研究人(🍞)员用了两年时间反复(♐)确认他们(🛴)的发现，努(🥀)力去确定这种信号究(♓)竟(🔦)真的能代表宇宙(❄)的黎明期还是只是(🎚)我们星系的噪音干扰而已，为此他们甚至煞费(🙈)苦(🤰)心地屏蔽掉了(🐁)来(🐓)自近地面人(🦂)类活动的无线电(🛑)干扰(🚃)。 “两年之后，我们通过了所有测(⚪)试，也找不到任何其他可能的解释了，”Bowman说道，“那时候我们开始兴奋起来了。” 这个至关重(🕙)要的信号出现在78兆赫的频率上，在宇宙微波背景辐射的能量中呈现出“低谷(🎙)”的形状。原因是最早一批恒(💌)星的高(🥂)能X射线辐射(🥈)改(🐅)变了星际间中性(🏕)氢的行为。随(🚫)着宇(🎌)宙微波背景的(😫)光(🥫)子穿越(🌦)了(🥍)这些氢气(🌶)体，这种(🐵)辐射也(🗻)吸收了特定(😀)的频率。天文学(♎)家没有观察某种特定的发射(🕞)频率(⏰)，而是去寻(🥓)找特定种类的吸(🤡)收频率(⛪)，或(🧔)者说是宇(🔗)宙微波背景辐射缺失了一部分。这种“低谷”只能是早期恒星喷射出的X射(🐾)线(🤡)造(🎨)成的。 图解：这张详(🎾)细的(🗃)宇宙早期全天图像(🚩)是通过NASA的(🗣)威尔金森(🅱)微波各向(🐡)异(🍐)性(🕝)探测器（Wilkinson Microwave Anisotropy Probe, WMAP）制(👺)成的。不同的颜色体(🐨)现了(👝)温度的起伏，这些温度的变化与宇宙中星系的(🚙)前身(🎋)有关。 随着宇宙膨胀，这条吸收(👓)带也延展开来。因此，通过精确地测量这条“低(🚹)谷”延展了(🍠)多少，研究者们也能够计算出它的年龄。在掌握这些知识之后(🧡)，我们(🤵)可以发(🥇)现最早(🦈)的恒星在大爆炸结束1.8亿年后诞生。此外(🏢)，我们也可(🛃)以记录该信号切断(🤑)时的具体时间。 这批(🌮)最早的恒(🧠)星的(😉)生(😯)命(📢)艰难而短(💳)暂(👸)，像(🎭)超新星(💭)一样(⚡)剧烈、明(🐐)亮地燃烧后很快死亡(✝)。这些大量(🚌)相继死亡的恒星产生了非(➿)常强的X射线，让周围(🎳)的中(🥏)性氢温度升高，中断了宇宙微波背景特(🌵)定的(🏬)吸收频段(🈁)。这一切是在大爆炸2.5亿年(🗡)后(😝)发生的。这项研究为我们看到宇宙的黎明期(📚)打(🍢)开(⏺)了一扇窗户，我(🍬)们可以(🥄)知(🏸)道(🔔)，宇(🐁)宙(🕛)黎明期始于(🈲)大爆(🦄)炸(🐹)后1.8亿(🐱)年，历(🔰)经0.7亿年后结束，这一时间段代表着第(👨)一批(🎧)恒(🦑)星的短暂生(🖊)命。 这项宇宙(🔒)考(🔥)古为我们对宇宙早(📣)期阶段的观(🏰)点带来了(🐂)革命，这(⚫)些最(🕶)早的恒星像是大量生产最早一(🎳)批重元素的工厂，用各种元素哺(🥠)育着我们(📫)的宇宙，让(🍺)后续出现的恒星繁荣生长。越来越重的元素被制造(🥕)出来，最终构成了形形色色的大量天体、星球，以(🤧)及(🌗)最终的生命。因此这一关(🖥)键时(🎧)间段就是宇宙化学多样化的胚胎期。 “如(🍬)果我(🦉)们想要(🐻)了解宇宙初(➿)始期的话，这会是(⏸)非常重(🙍)要的一(🧤)步。”Bowman补充道。 暗物质也与此(🆚)有关 这项(🔀)工作也有了一些意(🐍)外发(🔑)现。 在另一项基于宇宙微波背景信号的(🗽)研究中，另一个研究团(🏼)队注意到78兆赫(🚚)上的低谷也(⏰)是有重(😙)要意义的。虽然它仅(👏)代表能量上0.1%的下降，但它的威力却是理论预测的(🔺)两(🚀)倍。也就是(😴)说，宇宙(🙄)黎明期的辐射比我们预(⏺)测的要(🌿)多，或者(🌶)是中性氢被什么东西冷却过。如果后一种解释(🕞)能够被证明正(🔦)确，那么冷却中性氢的东西可能就是暗物(🏒)质(🐋)。 我们都(🏻)知道理论上(🤢)来说暗物(🚬)质组成了宇宙的绝大部分质量。通过间接测量，天文(💏)学家们知道了暗物质的存在，但不能直接“看到(🥃)”暗物质。暗物质的(💷)互相作用(🧑)太(💸)过微弱，我们只能检测到它的引力。而宇宙微波背(🤜)景上“低谷”可以作为最早的(🏞)恒(😊)星(🍝)诞生时暗物质作用的信号，从理论上(👣)推测(🛴)也正(🔸)是那时暗(🌮)物质温度较低。 如果能够(❣)证明这些(🚷)，事情(🌑)会变得更有意思了。如(🔮)果这个“低谷(😴)”的深度(⏹)被较冷的暗物质放大过，这意味(⏫)着暗物质的粒子比现有模型预测的(🎤)更小。换句话说，这(🔏)项研(🚉)究可以帮助(🙎)改(🐣)善寻找暗物质的(⛔)工作，并且解释(💍)为什么(🐗)科学家(👇)们还没有(🌾)找到暗物(🚽)质究竟是什么(🚺)。 “如果这个想(🌕)法得(🗺)到确认，我们就能学(😝)到一些基础性的新东西，有关占了宇宙质量85%的暗物质。”Bowman这(👞)样说道，“我(🍫)们能第一(🎧)次看到标(💸)准模(🏤)型外(👀)的物理学。” 这些发现无疑都十分重(💡)要，并能为我们看待宇宙带来革命性的观点(🐸)，然而研究人员指出现在仅(🕖)是(🎼)未来多年专注研究的开始。鉴于该“低谷”的(🎋)发现，有其他天(🤮)文站也重新(🏈)调整设备来研究这(🌟)个有趣的频率，比如建(🧖)在南非卡鲁沙漠的氢再电离(👺)时期(🎄)阵列项目（Hydrogen Epoch of Reionization Array, HERA）。欧(⚓)洲低频阵列项(🌌)目（LOFAR）希望能更进一(🗡)步，并(🚈)描绘出信号在天空(👛)中如何变化。如果暗物(💴)质(🏃)能够加强这种(🎯)信号，天文学家能够看到明显的图案。 虽然将所有证据总结成革命性(🐥)的(📍)新发现仍有一段路(❓)要(🏴)走，但目前的成果仍然是喜人的(👇)：天文学家们不仅仅是为看(🃏)到宇(🕸)宙的黎明打开了(🗂)一扇(👪)窗户(✌)，也是(👵)为了解暗物质的起源找到了头绪。 小知识(🌀)： 宇宙膨胀的速度(⏳)（为纪念天文学家爱(💼)德文·(💨)哈勃而命名为哈勃常数）在被(🐥)提(🚗)出之后的几十年里发生过改变。目前速度(🚦)被认为是(🕣)73千(🚪)里每秒每百万秒差距。一(📃)百(📴)万秒差距约等于(🧒)330万(🏕)光(📺)年。 参考资料 1.Wikipedia百科全书 2.天文(🚂)学名词 3. 陈猛男- howstuffworks 转载(😺)还请取得授(🐈)权(🌯)，并注意保持完整性(🥩)和(🍂)注明出处(🐢) 宇宙黑暗时代(⚓)持续不(📊)超过1.8亿年。 天文学家(🚠)从宇宙中(🏹)的一些第一颗(😀)恒星那里获(🎵)得了一个长期寻找的信号(💘)，确(🤫)定这些先驱在(🔩)大爆炸后仅仅1.8亿年就燃烧明亮(🍖)。 科(🐭)学家(🆔)长久以来，人们一直怀(👼)疑早在那之前，黎明就已经降临到宇(🥩)宙中；理论(🥫)家的模型也预言了同样(🗓)多(🛎)的事情。但直到现在，研究(🙄)人员才有证据(🎭)支持这一观点。在这项新的研究之前，最古老的恒星可以(⚡)追溯到大爆炸后(👩)4亿年。亚利桑(📸)那州立大学地球与空间探索学院(🖍)的天(🍐)文学家(🔮)朱德鲍曼（Judd Bowman）(🎃)说：(🥜)【宇宙：大(❗)爆(🛁)炸到现在只需10个(😘)简单的步骤】 “这(😸)将我们对恒星形(👼)成的(👩)时(😽)间和(🍿)方(🦐)式的认识(🍊)推向(🚆)了宇宙的(😩)早期，” 这些非常古(😠)老的(🐳)恒星是(🕵)开拓者。尽管它们是由原(⚾)始的氢和氦结合而成，但它们(🤮)启动(♋)了一个恒星诞生和死亡的持续过程，最(🛺)终在亿万年里，给宇宙注入了重(🤲)元素—(👒)—地(📠)球这样(🗾)的(🌤)岩(👦)石行星是由重元素构成的。 “如果你看看我们的宇宙(🤼)起(🍍)源，”鲍曼告诉《太空》杂(✨)志，“梯(📒)子的(😯)最(😂)底层是第(⛏)一(🕕)个物(🧕)体形成(📆)并丰富介(💜)质(🍡)以使其他一切成为可能的过程。” 此外，鲍曼和他的团队发现的信号异常强烈。事实上，它(🤐)是如此强烈，暗示着神秘的暗物质和组成恒星、你我以及我们在宇宙中所能(♐)看到(🍝)的一切的“正常”物质之间可能存在着相互(👂)作(🥁)用。 时(🌮)间越早，就越难用(🌓)诸如(🗣)美国宇航局的哈勃(🧙)太空(👍)望远(🐚)镜。首先，要找的星星越来越少。直到大爆炸之后的5亿年，宇宙中充满了中性氢(💳)原子，它(🤽)们擅长遮光。（来自(🔼)第一颗恒星(🎅)的辐射(🌿)最(👄)终将这些(😉)原子(🐧)分裂成其组成的质子和电子(🍹)，产生一个更透明的电离等离子体，但这需要(🖥)一段时间。）(🦉) 因(🌨)此(🛹)，鲍曼和他的同事们采取(🤓)了(🚅)一种间(🍘)接的途径，寻(🥈)找这些(🐠)早期(💝)恒星可能留在宇宙背景辐(🕑)射（CMB）上的指纹-大爆炸遗留(🔥)下来(🔟)的古老光线。这种想法(👮)认为(👳)，恒星(😅)的紫外线辐(🎅)射会激发氢原子进入(😦)一种(🛒)不同的状态，导致(🐰)它们吸收CMB光子。 理论(🧠)上(😈)，这种CMB信号的下降应该是可以探测到的。因此，研(➗)究小组建造、校(🔈)准并测试(🌤)了(📘)一个厨房桌(❔)子大(💳)小的无线电天线，他们称之为“检测(🍓)全球(🎦)EoR（(🍬)再电离纪元）特征（EDGES）的实验”，该项目由美国国(🍅)家科(🌸)学基金(🦅)会（(🚡)NSF）资助， 然(🏻)后，他们(✋)在西澳大利亚的Murchison射电天文观(🎡)测站（MRO）(🚌)安装了设(🥖)备。MRO位于澳大利亚国家科学机构联邦科学和工业(📪)研究(🗞)组织（Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization）维护的(♋)一个(🍊)非常安静的(🍺)无(🅾)线电区(🕊)域。 该站点的无线电安静方面(⛺)是关键，因为(🦂)建模工作表明鲍曼(🍉)和(🧠)他(🚄)的同事正在(🐫)寻找与(🚲)调频收音机拨号频率重叠的信号。研究人员已经不得不应对(🚶)银河系(🖐)中所有的背景无线电噪(😁)音(🏹)。“我们银河系的惊人(🌄)照片（图库）” “这是一个巨大(🌆)的技(🤣)术挑战，使这一检测，”彼得库尔钦斯基，国家科学(🌚)基金会项目主管，谁监(🛴)督资金的边缘(🍌)，在一份声明中说噪声源可(🔙)以比信号亮10000倍。就像(🌹)置身于飓风之中，试图听到嗡嗡声明(🔕)伯德的翅膀(⛴)。 但是边缘拾起了(🐮)这个微小的翼(🆖)瓣，发现了一个在78兆赫(🛀)频率下最强烈的倾角。氢以相当于1420兆赫的波长发射和吸收辐射，因此探测到(🚧)的信号边(🛠)缘被“红移”——宇(🌩)宙的膨胀将其拉长到较低的频(⛸)率(⛺)。当这些CMB光子被吸收时，这(🔦)种红移的程度告诉(🛬)了(☝)研究小组：宇宙诞生约1.8亿年后。 鲍曼和他的研究小组今天（2月28日）在《自然》杂志(📉)的(🙄)在线研究中(👼)报告(💿)了这些结果。 这些在(🕋)沙漠中有一个小型无线电(🥤)天线的(🏻)研(📌)究人员已经看到了更远的距离(📐)“比最强大的太空望远镜，打开了早期宇(🔣)宙的(🕋)新窗(🎀)口，”库钦斯基说， 边缘信号在不到1亿年(🏏)后逐渐消失，可能是(😏)因为超新星、黑洞和其他物体(🤥)发出的X射线(🔰)使氢原子(📲)在这(🕦)一(🍣)点上显著升温，鲍曼说： “发现的(🐆)信号边缘强度大约是团队预期的(👅)两倍。鲍曼说(🥖)，对(🌹)于这(🍐)种令人惊讶的(♿)强度，有两种可能的解释：一种是(🗜)早期的无线电背景(😒)比科学家们想象的要强(🤶)烈得多，另一种是氢气明显(👐)变冷了。 研究小组倾向于第二种可能性，鲍曼说，因为很(😾)难想象一个能将无线电背景提高(🦉)到必要(😕)水(🚢)平(📮)的过程。弄清楚是什么冷却了氢也很难，但有一个很(🛎)有(🐂)前途的竞争者：暗物质，占(🕜)物质宇宙85%的神秘物(❤)质。 暗物质(🎼)既(🎧)不吸收也不发射光，因(🐧)此无法(💰)直接(🕴)看(⬇)到（(💆)因此得(🕗)名）(🎈)。天文学家从物质(🥙)对“正常”物(🚳)质的引力效应(♋)推断出物(👱)质的存在，但他们不(⛲)知道暗(⏬)物质究竟是什么(🏀)。大(📍)多数研究者认为(💃)它是由(🐘)尚未(♍)发现的(🏸)粒子组成的，假设的斑点如轴子或弱相互作用的(🎳)大颗粒。“KdSPE”“KDSPs”在以色列特拉维夫大(🐔)学(🚘)的天体物理学(🕹)家Rennan Barkana的同一期自然研究中的(🕣)一个单独的研究(🥞)中，这表明，冷暗物质可能吸收(👔)了氢气中的能量，使其(📼)冷却。如果发生这种情况(⛪)，“暗物质粒子(🚿)不(✅)比几个质(😚)子质量(🌋)重，远低于通常预测的弱相互作用的大质量粒子(❔)的质(🥔)量，”巴卡纳在他的研究中写道， 如果巴卡纳是对的，鲍曼和(🥝)他的团队已经研究了一些(🐊)奇异的(🛐)物理学，并发现(⏸)了关于暗物质本质的一条重要线索很(👴)重要。[画廊：宇(🏤)宙中的暗物质] “我(➰)们(🎥)一直在寻找(💯)任(🐙)何能告诉我们更多关于(🗃)暗(🥊)物质可能是什么的东西，”鲍曼说如果这(🌟)真的被(🎡)证实并(👽)且(📜)继续被证实-检测是真的，而且伦南的(🔮)假设是真实(✈)的[而且]是(🌷)最好的解释-那么(🧦)这很可(🛑)能(🍜)是提高我们对暗物质真实性(🌅)认识(🕹)的第一(🍀)个(🚛)关键。 说到确认探测-这是(🥣)早期宇宙研究的下一(🤢)步，鲍曼说(🦐)。他(😡)和(💱)他的团队花了大约两年时间验证他们(🙅)的(🤚)发现，排除了所(🚡)有可能的替代(💖)解释。但(👝)要使这一发现坚如磐石，另一个研究(🥠)小组还需(🏔)要发现这一信号。 如(🔉)果真是这样，天文学家们可以挖掘出更多的信息，鲍曼说。毕竟，现在他(⛳)们知道(📅)在哪里可(⬜)以找到它了。 例如，通过敏感(🏔)的射(🙉)电望远镜(🙉)阵列的进(🔊)一步研究，应该能揭示更多关于信号所暗示的非(🎷)标准物理，以及更(🗯)多关于宇宙中第一颗恒星(🙏)的性质的信息，他说。 同时，我们(🙀)也希望我们能够天文学家确(🥌)定了“宇宙黎明(👧)”何时发生？
宇宙黎明：天文学家发现宇宙第一(🚢)颗恒星的指纹(🚩)
一位艺(🍎)术家对宇宙中第一颗恒星的描(😶)述。（(🎒)图片版权所有）国(🥫)家科学基金会N.R.富勒，
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