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一個科學家團隊正在與默奇森寬場陣列（WMA）射電望遠鏡合作，嘗試從宇宙的第一批恆星中獲取信號——這批恆星是在宇宙黑暗時代之後形成的。為了探測到它們的第一束光，研究人員需要先尋找中性氫的信號，這種氣體在黑暗時代後佔據了宇宙。
形成第一批恆星需要一定時間。大爆炸之後，宇宙極度炙熱，導致原子無法形成。沒有原子，也就無法形成恆星。
澳大利亞默奇森寬場陣列 （圖源：Baidu）
直到大爆炸後的大約37.7萬年，宇宙才膨脹並冷卻到足以形成原子的狀態，主要是氫和少量的氦（還有痕量鋰）。此後，在再電離時代期間，最早的恆星開始形成。
宇宙大爆炸設計圖 （圖源：Bing）
為了找到來自中性氫的難以捉摸的信號，MWA進行了重新配置。MWA位於偏遠的西澳大利亞州，2013年開始運作，有2048個無線電天線，它們被排列成128個"瓦片"。為了尋找這個信號，「瓦片」的數量增加了一倍，達到256塊，整個陣列被重新排列。這些接收器裡的所有數據都被輸入到一臺名為Correlator的超級計算機中。
即將在《天體物理學雜誌》上發表的一篇論文介紹了對新配置陣列中數據的首次分析結果。論文的標題為「Redshift 7的第一季度MWA II期EoR 功率頻譜結果」。首席研究員是布朗大學博士生李文洋。
這項研究旨在了解中性氫信號的強度。分析設定了該信號的最低限度，這是搜索微弱信號本身的關鍵結果。
布朗大學物理學助理教授，論文作者喬納森·波伯表示：「我們可以自信地說，只要這個中性氫信號強於我們在論文中設定的極限，望遠鏡就能觀測到它。這些發現可以幫助我們進一步限制宇宙黑暗時代的結束時間以及第一顆恆星出現的時間。」
儘管看起來像早期宇宙中事件的詳細時間表，但我們的理解仍存在很大差距。黑暗時代之後，宇宙開啟了再電離時代。在這一時期，原子的形成導致了宇宙中第一個結構的出現，例如恆星、矮星系和類星體。
類星體MRK 231（圖源：tech.qq）
當這些物質形成時，他們的光在宇宙中傳播，使中性氫重新電離。之後，中性氫便在星際空間中消失了。
宇宙的歷史
從宇宙黑暗時代過渡到再電離紀元，再到再電離紀元的展開，科學家想知道中性氫在這段期間是如何變化的。宇宙中形成的第一批恆星是我們今天看到的結構的基礎，要理解它們，科學家們需要從早期的中性氫中尋找信號。
但這並不容易。這個信號很微弱，我們需要非常靈敏的探測儀器才能找到它。雖然中性氫最初以21釐米的波長發射輻射，但由於宇宙膨脹，信號被拉伸了。
現在信號的長度大約是2米。它很容易在許多其他相似的自然或人為信號中丟失。這就是為什麼MWA建立在偏遠的澳大利亞——為了將它與儘可能多的無線電噪音隔離。
無線電幹擾 （圖源：sohu）
波伯說：「其餘的信號來源都要比我們試圖探測到的中性氫信號強很多個數量級。即使飛機上反射的調頻無線電信號恰好從望遠鏡上方通過，也足以汙染數據。」
這就到了展現Correlatoe超級計算機處理能力的時候了。它能夠丟棄汙染信號，也可以考慮MWA本身的性質。
「如果我們觀察不同的無線電頻率或波長，望遠鏡的表現會有所不同，」波伯表示，「校正望遠鏡的反應對於分離天體物理汙染物以及目標信號至關重要。」
陣列的重新配置、數據分析技術、超級計算機功能以及研究人員的辛勤工作都有了結果。論文為來自中性氫信號提出了新的上限。
這是與MWA合作的科學家第二次發布新的，更精細的限制。隨著不斷的進步，科學家們希望找到這個難以捉摸的信號本身。
波伯說：「這一分析表明，第二階段的升級產生了許多預期效果，新的分析技術將改善未來的分析。MWA現在連續發布了信號的兩個最佳限制，這一事實使這種實驗及其方法具有很大的前景。」
作者： sciencealert
FY: Plusone
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