天文学家观测到目前已知最早恒星讯号,可能是诺贝尔奖级别的发现_文化_好奇心日报

江婧怡2018-03-01 17:14:09

人类接收到了来自古老星星的一次闪烁。

近期,天文学家在澳洲西部的默奇森电波天文观测站侦测到了已知最早的恒星讯号。这些恒星大约在宇宙大爆炸的 1.8 亿年以后出现,活跃于将近 140 亿年前,而我们所处的太阳系还不到 46 亿岁。也就是说,在宇宙发展进程还不到 2 %的时候,恒星就已经出现了。

科学界本就预言过会发现这些早期恒星存在的直接证据,但没想到这一天来的这样快。甚至有观测员表示,这是自 2015 年发现引力波之后最重大的天文突破。这一发现由亚利桑那州立大学与麻省理工学院草堆天文台的合作项目 EDGES 完成,研究结果于本周三发表在了《自然》杂志上

在宇宙大爆炸后、恒星诞生前,宇宙中充斥着氢气和氦气构成的原始气体云。最初,氢原子与宇宙微波背景发射辐射的频率相一致,波长都是 21 厘米,这在天文学上被称为“ 21 厘米辐射”。科学家研究认为,虽然人类无法直接观察到早期恒星,但通过氢原子的“ 21 厘米辐射”可以探测到它们。

最初,氢气向宇宙微波背景释放和吸收的能量是平衡的,但当恒星诞生,来自恒星的紫外辐射改变了氢原子的能级,物理上看,这些氢气的温度低于紫外辐射的温度,于是,原先与宇宙微波背景的平衡被打破了,氢气开始吸收 21 厘米波长的背景辐射,从宇宙微波背景中吸取更多的能量。由于恒星的闪烁,原始氢做出了反应,并把这个讯息传递给了一百多亿年后的人类。

这就是天文学家们研究的线索,他们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检测到了这一来自遥远时空的微弱讯号。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。

来源: Pixabay

这一发现还有一个重大的意义:它可能成为证明暗物质存在的依据。

氢原子典型波长的变化证实了先前天文学家对恒星诞生的模式和时间的预想,但这个变化幅度和吸收能量之大却给天文学家们带来了惊喜和新的疑惑——这些气体的温度只有天文学家计算出的数值的一半热,大约只有零下 454 华氏度(或零下 270 摄氏度)。EDGES 项目的负责人、亚利桑那州立大学的 Judd Bowman 说:“在我们现有的知识和对早期宇宙天体物理运动过程的猜测内,这一现象很难得到解释。”

以色列特拉维夫大学的 Rennan Barkana 提出了一种可能性:这一过程中有暗物质的参与。“目前已知能比早期宇宙气体更冷的宇宙成分只有暗物质了。” Barkana 在发表于《自然》杂志的一篇相关论文中表述了他的看法。“如果这是真的,那这将是人类超越推测其引力存在的范围、探索暗物质性质的第一条线索。”

题图来源: Pixabay

喜欢这篇文章?去 App 商店搜 好奇心日报 ,每天看点不一样的。