地球最偏遠角落的物理學家們競相再現“宇宙黎明”的信號

團隊急於捕捉宇宙中第一批恆星發出的微弱輻射,而理論學家則試圖解釋令人費解的觀測結果。

地球最偏遠角落的物理學家們競相再現“宇宙黎明”的信號

在加州的歐文斯谷進行的萊達實驗是眾多嘗試探索前幾億年宇宙歷史的實驗之一。

研究人員正前往地球上一些最偏遠的地方——從青藏高原到南極海底的一個島嶼——試圖捕捉來自早期宇宙的神秘無線電信號。這一宏大的搜索,甚至可能涉及到月球的任務,包括一些第一次實驗,在2月的一個意外宣佈中,天文學家已經看到了宇宙中第一批恆星照亮的證據,這一時刻被稱為宇宙黎明。

當觀察小組試圖在地球上少數幾個相對不受無線電干擾的地方複製這些發現時,理論家們正在努力理解這個信號。位於馬薩諸塞州坎布里奇的哈佛大學的天體物理學家亞伯拉罕勒布說:“這個信號看起來不像我們預期的那樣。”

在澳大利亞的內陸地區,通過一組看似簡單的、桌子大小的無線電天線,研究人員報告了最初的檢測結果,以探測全球再電離特徵(邊緣)。這個實驗測量了宇宙微波背景的長波長部分,即大爆炸後發出的嘈雜的餘輝。研究人員正在尋找一種微妙的下降,在背景光譜中微波輻射稍微變暗。宇宙學家推測,這樣的下降應該是由第一顆恆星發出的光引起的,這使得宇宙中的原始氫在特定的無線電波長上變得不那麼透明瞭。這種吸收的細節應該包含關於早期星際物質和發光的恆星的信息。

但這一光點的形狀出人意料。研究表明,在大爆炸後約1億5千萬年的時間裡,吸收開始迅速增加,在2億到2.5億年前大致保持不變,然後相對較快地消失。下降的程度也比預期的要深,這意味著在那個時期,氣體比預期的要冷——可能是4開爾文而不是7開爾文。

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印度班加羅爾的研究人員正在使用一種叫做“SARAS”的球形天線來尋找來自早期宇宙的信號。

額外的審查

edge團隊花了兩年時間反覆檢查他們的特殊結果,然後才決定上市。位於坦佩的亞利桑那州立大學的天文學家賈德鮑曼說:“你發表論文的原因是為了讓更多的人去解決一個你自己無法做到的問題。”

自那以後,研究人員已經發布了幾十張預印本,試圖解釋這種異常現象。一些物理學家認為,這可能是以前未被發現的普通物質和暗物質之間的相互作用的跡象。另一些人則持相反的觀點:一種可能的跡象,表明暗物質的缺失。

由於理論陷入了僵局,實驗家們正試圖從四大洲的偏遠地區收集新鮮數據,這些數據通常都是用極少的預算製作的天線。有些人可能會在幾個月內得到第一個結果。

鮑曼的團隊現在開始用一種新的、更小的天線進行新一輪的觀測。他說,他們有“初步證據”表明,新天線仍然能看到原始的功能。他補充說,該團隊將在9月恢復觀測,當銀河中心——這支無線電波段的主要地面干擾源——在澳大利亞的天空中處於有利位置。

頻率相關

邊緣是幾個試圖研究最初幾億年宇宙歷史的項目之一,它的競爭對手現在也在試圖重現它的結果。本月早些時候,位於馬薩諸塞州坎布里奇的哈佛-史密森天體物理中心的射電天文學家林肯格林希爾飛往加州的乾旱的歐文斯谷,測試了一個改良版的大孔徑實驗來探測黑暗時代(LEDA)。這個實驗——一組看起來像傘形框架的天線——最初使用的過濾器切斷了超過82兆赫的頻率,害怕受到FM無線電波的干擾。但是,“邊緣”的信號似乎集中在大約78兆赫的地方,所以萊達可能已經錯過了它,格林希爾說。(邊緣在50兆赫和100兆赫之間是敏感的。)他和他的合作者正在測試過濾器,使他們能夠探測到更高的頻率。格林希爾說,如果事情進展順利,可能需要幾個月的時間來收集足夠的數據並進行分析。

薩布拉曼揚和他的團隊計劃在5月份在距離城鎮100公里的地方部署新天線,那裡的無線電干擾很低。後來,他們計劃把它搬到西藏高原上一個更偏遠的地方。

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一架直升機將天線和物資送到位於馬里昂島的PRIZM實驗小組,這是一個位於南非和南極洲之間的偏遠地區。

遠程訪問

位於南非德班的誇祖盧-納塔爾大學的物理學家喬納森西弗斯說,現在沒有無線電干擾的地方是極其罕見的,但是“我們可能擁有地球上最安靜的地方”。這個地點位於馬裡恩島,距離南極洲的一半,唯一的到達目的地是一艘南非的海洋船,它每年4月去那裡一次。由物理學家Cynthia Chiang領導的一個小型的誇祖拉-納塔爾團隊,在去年的時候,安裝了它的宇宙黎明實驗,探測來自馬里昂(PRIZM)的高z的無線電強度。馬里昂站受到持續的風和雨的打擊,最近還出現了電力發電機的問題。“當我們剛到的時候,基地沒有電力和熱水,”蔣說,他現在在島上站,從過去的一年裡獲取數據,並升級他們的望遠鏡以獲得新的觀測結果。

但是在太陽系中最安靜的地方之一是月球的遠端。傑克伯恩斯是科羅拉多大學博爾德分校的天體物理學家,他正在領導一項提議,在一個小型月球軌道飛行器上駕駛一根10米長的電線天線,類似於舊電視機。從那裡開始,探測器不僅要探測到邊緣的吸收特性,還應該探測到一個早期的黑暗時代——在任何恆星存在之前。它會出現在15兆赫茲,這是一個無法從地球上進入的波段。伯恩斯說,暗物質和其他奇異物理的可能特徵在黑暗時代比在宇宙的黎明更容易解釋。下個月,荷蘭和中國的合作將會進入月球,以測試探測黑暗時代的技術。他們的原型天線將搭載在奎橋探測器上,其主要任務是將信息傳遞給中國的嫦娥四號探測器,該探測器計劃於2019年在月球的遠端著陸。

與此同時,以色列特拉維夫大學的宇宙學家Rennan Barkana說,“除了等待更多的觀察之外,別無選擇。”他的理論論文與最初的發現相一致,表明存在暗物質。


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