期刊導航
來自時間黎明的微弱信號可能會揭示最早的星星
提示最先出星照亮宇宙可能會在黎明時分微弱的無線電信號中被發現。
宇宙學21 厘米信號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。
我們還沒有到達那里，但新一代射電望遠鏡設施的觀測將使天文學家能夠梳理出這些第一批恒星的質量，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代.
“這是一個獨特的機會，可以了解宇宙的第一縷曙光從黑暗中出現。天文學家阿納斯塔西婭·菲亞爾科夫 （Anastasia Fialkov） 說劍橋大學和英國卡弗里宇宙學研究所的教授。“從一個寒冷、黑暗的宇宙過渡到一個充滿星星的宇宙，這是一個我們才剛剛開始理解的故事。”
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一開始，一片黑暗.這個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。
當它們冷卻時，這些顆粒聚集在一起形成中性氫和一點點氦。但是周圍沒有很多星星，所以有一段時間它保持了相當暗的。
人們認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光的燈光。
一些天文學家認為，這是因為第一批恒星是絕對巨大，質量是太陽的數千倍，壽命極短。這么大質量的恒星會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性，但它們可能在宇宙中留下了其他印記。宇宙學上的 21 厘米信號是一個潛在的標志：早期宇宙中星際中性氫在電子反轉自旋時發出的非常非常微弱的射電光。
射電望遠鏡，例如平方公里陣列 （SKA）和宇宙氫分析無線電實驗 （達到）將足夠強大來觀察到這個微弱的信號。當他們這樣做時，新的研究向他們展示了尋找第一批恒星的證據需要什么。
在劍橋天體物理學家托馬斯·格西-瓊斯 （Thomas Gessey-Jones） 和卡弗里宇宙學研究所 （Kavli Institute for Cosmology） 領導的一項研究工作中，科學家們對 21 厘米的信號進行了建模，發現第一批恒星會對其產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會是什么樣子——這樣，當觀察結果出來時，科學家們就會知道他們發現了什么。
“我們是第一個持續模擬第一批恒星質量的 21 厘米信號依賴性的小組，包括紫外線星光的影響和第一批恒星死亡時產生的 X 射線雙星發射的影響，”Fialkov 說.
“這些見解來自整合宇宙原始條件的模擬，例如大爆炸產生的氫氦成分。”
什么時候大質量恒星死亡，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.這些極端物體生產強大的 X 輻射這會對周圍的材料產生深遠的影響。
研究人員表示，之前對第一顆恒星對 21 厘米信號的影響進行建模的工作沒有考慮這種 X 輻射。
建模的結果可能與觀察到的信號不完全相同——但這項工作使天文學家更接近找到它。
“我們報告的預測對我們理解宇宙中第一批恒星的性質具有巨大影響，”天文學家 Eloy de Lera Acedo 說劍橋。
“我們展示了證據表明，我們的射電望遠鏡可以告訴我們關于那些第一批恒星的質量的詳細信息，以及這些早期的光可能與今天的恒星有很大不同。”
該研究已發表在自然天文學.
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