来自时间黎明的微弱信号可能会揭示最早的星星

提示最先出星照亮宇宙可能会在黎明时分微弱的无线电信号中被发现。

宇宙学21 厘米信号由充满恒星之间空间的中性氢释放，仅在 1 亿年后Big Bang可能受到了编码这些恒星特性的方式的影响。

我们还没有到达那里，但新一代射电望远镜设施的观测将使天文学家能够梳理出这些第一批恒星的质量，这是理解宇宙演化的重要线索，尤其是在早期难以看到的宇宙中时代.

“这是一个独特的机会，可以了解宇宙的第一缕曙光从黑暗中出现。天文学家阿纳斯塔西娅·菲亚尔科夫 （Anastasia Fialkov） 说剑桥大学和英国卡弗里宇宙学研究所的教授。“从一个寒冷、黑暗的宇宙过渡到一个充满星星的宇宙，这是一个我们才刚刚开始理解的故事。”

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一开始，一片黑暗.这个微小但迅速膨胀的宇宙充满了由小原子核和自由电子组成的炽热、浓密的等离子体雾。

当它们冷却时，这些颗粒聚集在一起形成中性氢和一点点氦。但是周围没有很多星星，所以有一段时间它保持了相当暗的。

人们认为第一批恒星就是从这种中性气体中形成的，但是，尽管我们尽了最大的努力，我们还没有确定出一颗恒星从第一代开始在黑暗中闪闪发光的灯光。

一些天文学家认为，这是因为第一批恒星是绝对巨大，质量是太阳的数千倍，寿命极短。这么大质量的恒星会在宇宙之眼的眨眼间生死。

这样的特征将使找到它们变得极具挑战性，但它们可能在宇宙中留下了其他印记。宇宙学上的 21 厘米信号是一个潜在的标志：早期宇宙中星际中性氢在电子反转自旋时发出的非常非常微弱的射电光。

射电望远镜，例如平方公里阵列 （SKA）和宇宙氢分析无线电实验 （达到）将足够强大来观察到这个微弱的信号。当他们这样做时，新的研究向他们展示了寻找第一批恒星的证据需要什么。

在剑桥天体物理学家托马斯·格西-琼斯 （Thomas Gessey-Jones） 和卡弗里宇宙学研究所 （Kavli Institute for Cosmology） 领导的一项研究工作中，科学家们对 21 厘米的信号进行了建模，发现第一批恒星会对其产生可探测和可测量的影响。

不仅如此，研究还显示了这种效应会是什么样子——这样，当观察结果出来时，科学家们就会知道他们发现了什么。

“我们是第一个持续模拟第一批恒星质量的 21 厘米信号依赖性的小组，包括紫外线星光的影响和第一批恒星死亡时产生的 X 射线双星发射的影响，”Fialkov 说.

“这些见解来自整合宇宙原始条件的模拟，例如大爆炸产生的氢氦成分。”

什么时候大质量恒星死亡，它们的核心在重力作用下坍缩并演化成宇宙中最密集的天体：中子星和黑洞.这些极端物体生产强大的 X 辐射这会对周围的材料产生深远的影响。

研究人员表示，之前对第一颗恒星对 21 厘米信号的影响进行建模的工作没有考虑这种 X 辐射。

建模的结果可能与观察到的信号不完全相同——但这项工作使天文学家更接近找到它。

“我们报告的预测对我们理解宇宙中第一批恒星的性质具有巨大影响，”天文学家 Eloy de Lera Acedo 说剑桥。

“我们展示了证据表明，我们的射电望远镜可以告诉我们关于那些第一批恒星的质量的详细信息，以及这些早期的光可能与今天的恒星有很大不同。”

该研究已发表在自然天文学.

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