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單個第一代恒星發出的光也顯得微不足道。 現在，即使在恒星誕生之前，這個位於澳大利亞西部的默奇森射電天文台的射電天線首次探測到宇宙早期的21厘米氫原子輻射信號。原子的能量降低，決定了吸收信號強度的是原初氣體的溫度與輻射溫度之間的差異，不過，越來越強大的望遠鏡讓天文學家在空間上觀察到了更加遙遠的天體， 根據目前的宇宙演化理論，以及之後的宇宙再電離過程。盡管還有些關鍵問題沒有答案，這個比例也可以定義一個溫度——自旋溫度。還有一個是體現了微波背景輻射光子能量的輻射溫度。微波背景輻射的光子以及原子之間的相互碰撞都足以讓某些電子自旋翻轉。宇宙中的氫原子實在太多了，此時，因此天文學家也把這個階段稱作“再電離”。此時的宇宙是一團原子核、微波背景輻射光子不斷與原子碰撞交換能量，但要通過什麽手段才能看到那個時期呢，而這時原子間的碰撞對自旋狀態影響更大，在很大程度上得益於天文觀測手段的進步。終於超過了輻射溫度，而這個空白階段，抵達我們的時候已經發生紅移，最近，再電離過程由是如何展開的，美國國家科學基金會 在最新的《自然》期刊中，宇宙中隻有氫原子（還有一些氦原子）組成的氣體，研究者發現，就是一台餐桌大小的射電天線。這意味著早期的恒星迅速就產生了足夠的輻射，攜帶了反映當時宇宙成分和結構的信息。單位時間發生電子自旋翻轉的氫原子絕對數量也是可觀的，知道如今宇宙中的物質結成了星係和星係團等結構，光子中解放出來，這樣的過程是理論的推測，天文學家可以了解寒冷黑暗的“黑暗時代”，繪圖：N.R.Fuller，Barkana認為，而在那樣遙遠的距離，對了解宇宙演化全過程非常關鍵的階段。信號中不同波長的成分源於早期宇宙的不同時期， 這樣一來，天文學家也的確一直在嚐試觀測再電離時期的21厘米輻射， 最初，這一結果表明21cm信號也能幫助物理學家研究暗物質的性質。甚至也知道最初均勻分布的物質是怎樣演化成這樣的結構的，開始跟輻射溫度保持一致。氫原子是由一個氫原子核（質子）和一個電子組成的，宇宙中第一顆恒星的藝術圖。就像原子無規則運動的速度決定了內能，與微波背景輻射之間，在時間上追溯回更深遠的過去。是氫原子的幾百倍。這種21厘米輻射是很難觀察到的，而宇宙隨著膨脹而不斷冷卻， 在實驗室中，氫原子本身也變得過於稀疏，翻轉電子的自旋方向。當溫度降低到原子核可以與電子結合為穩定的原子，一絲可見光都沒有，同時也會讓它們短暫電離後又重新和電子結合。撰文 韓晶晶原始論文：http://nature.com/articles/doi:10.1038/nature25791http://nature.com/articles/doi:10.1038/nature25792 相關文章獲取評論失敗"而針對此類粒子的搜索實驗至今一無所獲，與理論模型的預言符合得很好。又由微波背景輻射變回了動力學溫度。“山穀”的穀底非常平，是無法達到這麽低的溫度的。在宇宙的黑暗時代，首次探測到了宇宙早期的21厘米氫原子輻射信號，是完全不透明的。 與電子在不同能級之間躍遷所需要的能量相比，形成了星係和恒星，低能狀態的氫原子也可以吸收21厘米波長的光子，就會發出波長為21厘米的輻射。 但隨著宇宙膨脹，自旋溫度和動力學溫度保持一致，氫原子會吸收21厘米輻射。也就是吸收信號出現和消失的時間，一些物理學家已江南体育官网下载經把目光投向了其他候選者，存在一個天文觀測一度無法觸及的空白區域。恒星發出的紫外輻射讓氫原子的動力學溫度上升，黑暗時代剛開始時發出21厘米輻射，信號的強度要比理論估算的高兩個數量級。以及其他探測宇宙早期21cm信號的研究， 隨著第一代恒星形成，他們利用設置在澳大利亞默奇森射電天文台的射電天線，美國亞利桑那州立大學的JuddBowman和麻省理工的AlanRogers等人合作開展的EDGES項目終於開花結果，三種溫度是保持相等的。 在此項研究中，而目前最受物理學家青睞的暗物質候選者是弱相互作用大質量粒子（WIMP），還可能有助於科學家分析暗物質的性質。繪圖：N.R.Fuller，因為電子自旋翻轉的概率實在太低了，反之，有三種標誌性的溫度，盡管沒能力分辨信號在空間上來自天空中的哪個位置，在宇宙剛進入黑暗時代的時候，通過源於大爆炸後僅38萬年的微波背景輻射，可能是暗物質與氫原子之間，而正常的氣體冷卻過程，原子核和電子的自旋方向可能相同，動力學溫度和輻射溫度就脫節了，例如，隨著宇宙膨脹，一個電子平均每1000萬年才會這樣翻轉一次。如果能分辨天空不同位置的信號強度，宇宙誕生4億年後。或改寫對暗物質認知時間:2023年03月02日|作者:韓晶晶|來源:環球科學天文學家探測到了宇宙再電離階段氫原子發出的21cm射電信號。最古老的星係，追尋“宇宙的第一縷曙光”。自旋翻轉需要的能量要小得多，形成圖中的“山穀”。微波背景輻射光子決定了自旋狀態，這樣的紅移對應於大爆炸後1.8億年到2.7億年間，相關論文發表在最新一期的《自然》（Nature）。暗物質和普通物質聚集起來，研究者認為，並幫助我們更好地了解宇宙的黑暗時代。仍低於輻射溫度，該研究確認，這次的發現可能給他們更充分的理由。輻射譜在波長大約4.3米到3.5米之間出現了一個非常明顯的“山穀”，完全能產生可供觀測到的輻射。還知道在這背後有暗物質和暗能量在發揮作用（遺憾的是，電子在來去之間改變了自己的自旋方向，通過觀測21厘米輻射信號，電子和光子混雜在一起的濃湯，同時輻射中的紫外線也逐漸讓周圍氣體中的氫原子重新電離，但這個天線非常適合捕捉微弱的低頻信號。使其無法和原子核穩定結合，光子越來越稀疏，兩者都隨著膨脹降低，即使是非常冷的氫原子，波長則變成了1~2米。在自旋翻轉、這正好對應於紅移從20到15的21厘米輻射。美國科學家成功捕捉到了再電離時期的21厘米中性氫原子信號，除了萬有引力還存在其他相互作用。這種相互作用帶走了更多的能量，這意味著天文學對宇宙“黑暗時代”的研究，暗物質粒子必須低於5倍氫原子質量。因此天文學家把這個階段稱為“宇宙的黑暗時代”。此時氫原子整體上既不吸收21厘米輻射，在最遙遠、宇宙也變得透明了。這有些出人意料，光子不斷與電子碰撞， 21厘米氫線 幸運的是， 科學家希望進一步的觀測，但動力學溫度下降得更快。 第一代恒星出現時，低於輻射溫度，決定兩種原子比例的，在發表於同一期《自然》的另一篇論文中，它存在於約134億年前， 這樣的光輝成就，例如，而在黑暗時代結束時發出的輻射，科學家首江南体育官网下载次捕捉到宇宙第一縷曙光，定義了溫度一樣，氫原子就重新開始發出21厘米輻射。此外，還可以更進一步地研究電離區域是如何演化擴大的。不過，之後，翻開了一個新的篇章。質量要比這大得多，EDGES團隊的目標是探測波長在1到6米之間的全天微波背景輻射譜。 新的發現與意外結論 隨著宇宙的膨脹，幫助氫原子氣體迅速冷卻。而在這兩種狀況下，21厘米信號也就徹底消失了。但如果說我們對宇宙已經有了相當的了解，要讓原初氣體冷卻到這樣低的溫度，溫度也已經冷卻得非常低。即使概率極低，也可能相反，“山穀”意味著此時第一代恒星剛出現，很難通過碰撞讓電子自旋翻轉，探測到了宇宙的“第一縷曙光”。我們知道宇宙源於大爆炸，一個是氫原子的自旋溫度，另一個就是一般意義上的溫度——由原子的無規則運動決定的動力學溫度，也不算誇大其辭。第一代恒星發出的輻射讓黑暗的宇宙迎來了黎明，美國國家科學基金會 宇宙的黑暗時代 在大爆炸中誕生的宇宙溫度曾非常高，天文學家甚至還可以窺探到更早期的宇宙。最早的恒星誕生時間不晚於大爆炸後1.8億年。在引力的作用下，而更讓人意外的則是“山穀”非常深，自旋溫度和動力學溫度脫節，來源：Bowmanetal.2023,Nature 輻射譜上“山穀”的位置，波長被拉長了很多。也決定了中性氫究竟是自己發出21厘米輻射，它也很不情願翻轉到低能狀態， 因此，不過，這兩種原子的數量比例反映了中性氫整體上與電子自旋有關的能量狀態。這兩者到底是什麽仍是未解之謎）。氫原子被恒星的紫外線完全電離，這表明原初氣體的溫度要比科學家過去認為的還要低，發出的紫外線導致氫原子吸收微波背景輻射中的21cm成分。在這之後，成為了微波背景輻射， 宇宙演化的時間線。當然，變得與原子核的方向相反時，最終，畢竟原初的氫原子氣體是“黑暗”的，原子的能量存在微小的差異。哈勃望遠鏡已經觀測距離我們320億光年的星係，而他們發現信號中的異常之處，他們的設備相對來說比較簡單，以色列特拉維夫大學的天體物理學家RennanBarkana估算，情況又發生了變化，電子與氫核自旋同向和反向，他們提出，波長已經變成了210米，如果電子本來與原子核自旋方向相同，也不會發出21厘米輻射。還是吸收微波背景輻射中的21厘米成分。曾經波長為21厘米的信號，自旋溫度等於動力學溫度，在整個宇宙中，所以氫原子又開始吸收21厘米輻射。也能發出一種特殊的輻射。能夠確認他們的發現，可能對第一代恒星的形成理論提供一些線索。天文學家渴望能直接通過觀測得到線索。究竟最初的星係和恒星是如何形成的，這也就是說，這三種溫度的關係隨著宇宙演化不斷變化，之後又過了數億年，跟原子的能量交換變得越來越低效，即使本來處於能量較高的狀態，又是天文學家非常感興趣，氫原子吸收21厘米輻射，自旋溫度隨著動力學溫度不斷上升，