騰訊太空訊 大爆炸(Big Bang)之後，宇宙極熱，熱到連原子都無法形成。直到大約37.7萬年後，宇宙才膨脹並冷卻到可以形成原子，且大部分是中性氫。隨著第一批恆星和星系開始發光，宇宙從黑暗時代(Dark Ages)中破曉而生。
據外媒報導，通過對默奇森寬場陣列(MWA)射電望遠鏡收集的數據進行新的分析，科學家在探測這一宇宙轉折點，即第一批恆星信號方面又邁出新的一步。
在這篇發表於ArXiv預印網站的新論文中，研究人員為中性氫信號的強度設置了迄今為止的最低極限。這是尋找微弱中性氫信號的關鍵。
“如果中性氫信號比我們在論文中設定的極限更強，那望遠鏡就會探測到，”該論文通訊作者、布朗大學物理學助理教授喬納森·波貝爾(Jonathan Pober)說道。“這些發現能幫我們進一步限定黑暗時代結束的時間以及第一批恆星出現的時間。”
再電離時期(EoR)在宇宙史上很重要，第一批恆星正是在此期間形成，但人們對這一時期知之甚少。隨著宇宙冷卻和膨脹，中性氫出現了。然後，原子開始聚集在一起形成恆星和星系。
新出現的光又重新電離了中性氫，導致其在星際空間中大量消失。
像默奇森寬場陣列這樣的項目，就是旨在尋找中性氫信號，並測量其是如何隨著再電離時期的展開而變化。
此舉可揭示第一批恆星的關鍵信息。但要捕捉到120億年前的任何信號，都很不容易，這需要高度靈敏度的儀器。
圖注：默奇森寬場陣列現由256個子陣列接收器組成
默奇森寬場陣列位於西澳大利亞偏遠地帶，於2013年開始運行，此前是由2048個無線電天線排列成128個子陣列。
中性氫釋放的信號難以捉摸，為了更好地探測，科學家將子陣列增加一倍到256個，並重新布局陣列以提高對中性氫的敏感度。
然後，這些子陣列接收器探測的所有數據都會被輸入到一個名為Correlator的超級計算機中。這篇新論文是對陣列擴展後收集數據的首次分析。
圖注：宇宙歷史圖示
中性氫發出的異塵餘生波長為21厘米，但宇宙在不斷膨脹，使這種信號現在延伸到2米左右。
可問題是，有太多其他物體，人造光源或者星系中的光，也會發出同樣波長。
“所有這些其他來源，都比我們要探測的信號強許多，”波貝爾說道。“即使是一架經過望遠鏡上方的飛機，其反射回的調頻無線電信號也足以汙染數據。”
為了追蹤有用信號，研究人員使用大量處理技術來清除汙染信號。而望遠鏡自身獨特的頻率響應也派上用場。
“觀察不同的無線電頻率或波長，該望遠鏡的反應也會有點區別，”波貝爾說道。“要分離汙染信號和有用信號，校正望遠鏡的響應極其關鍵。”
圖注：宇宙從大爆炸到現在的演變圖
該陣列的重新布置，再加上先進的數據分析技術，使科研人員為中性氫信號提出了一個新的上限。
這是該研究小組發布的第二份“迄今為止最好的”限值。人類距探測到難以捉摸的中性氫信號又近了一步。
這項研究由布朗大學博士生李文陽(Wenyang Li音譯)領導。該論文將發表在天文物理期刊(The Astrophysical Journal)上。
（翻譯：羽佳；審核：喬輝）
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