宇宙險些夭折? 宇宙的誕生也充滿驚心動魄!

原標題:宇宙險些夭折,沒人知道發生了什麼,宇宙中也充滿驚心動魄?

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【新唐人北京時間2020年11月27日訊】通過現代望遠鏡,我們已經可以觀測到一百億光年以外的宇宙。這意味着,我們可以看到宇宙在100億年前的模樣。同時,通過宇宙微波背景輻射,我們可以看得更加久遠,了解到宇宙在大爆炸後僅僅38萬年後的模樣,將我們對宇宙歷史的了解更加向前推進了38億年。然而奇怪的是,在大爆炸後38萬年開始的幾億年時間裏,宇宙到底發生了什麼,對於我們來說始終是一片空白或者說是漆黑,因爲我們什麼也看不見。這一段時期,就是宇宙的黑暗時代。

在上面的時間軸中,科學家描述了宇宙一些重大事件的發生時間,以及我們可以通過哪些波長的電磁波來進行觀測。宇宙微波背景輻射可以展現接近大爆炸後40萬年的圖像,而NASA的斯皮策太空望遠鏡在紅外波段發現了大爆炸後約4億年時出現的第一道光。直到現在,我們可以通過可見光波段來觀測宇宙天體

來自早期宇宙的光是如何被大型宇宙結構在穿過宇宙時形成B模式的重力透鏡效應所偏轉的。(public domain)

而在大爆炸後40萬年到4億年之間的漫長歲月裏,宇宙就處在這樣的黑暗時代。這段時間之所以黑暗,就在於宇宙中還沒有恆星出現。當然,沒有恆星僅僅代表它在可見光波段是無法觀測的,更重要的是,這個時期的宇宙,充滿了中性的氫原子。相比之下,今天的宇宙中你很難找到氫原子,彌散在宇宙空間中的絕大部分是氫離子或者說裸露質子和電子。

一般來說,科學家認爲:恆星的形成來自於星雲的坍縮,你可能以爲坍縮的最初動機來自引力,但實際上,在引力發揮作用之前,是電荷相互吸引導致的引力失衡。因此,對於黑暗時代的宇宙來說,全部以原子形式存在的氫分佈極其平均,無法形成恆星。同時也沒有什麼物理或者化學變化,讓我們完全無法觀測。

直到宇宙大爆炸後4億年左右的時間,一小部分氫開始電離,最終形成連鎖效應。電離後的氫具備了凝聚的條件,最終形成了一顆顆恆星,點亮了宇宙。這個時期,就是宇宙的再電離時期。到了大爆炸後大約10億年的時候,宇宙完成了再電離,完全走出了黑暗,避免了夭折。雖然我們對於這個過程已經相當瞭解,但這些事件發生的時間都有着很大的不確定性。這是否說明人類能幸運的走到現在也是經歷了驚心動魄的宇宙過程呢?

由於黑暗時代的難以觀測,讓我們很難對這些時間點有一個肯定的答案。來自華盛頓大學、布朗大學和科廷大學的科學家們,同樣深深地爲這個問題着迷,於是利用位於澳大利亞的默奇森寬場陣列的特殊設備,來探索宇宙黑暗時代的祕密。那麼問題來了:既然所有的電磁波段都無法用來觀測黑暗時代,他們要用什麼手段呢?幸運的是,這些中性氫雖然十分安靜,但也並非完全沉寂。由於氫原子中會發生極少量的電子翻轉,所以這個過程中被釋放的光子成爲了我們檢測它的重要手段。

由於這種光子的波長爲21釐米,所以科學家稱之爲21釐米線,又叫氫線。21釐米線是科學家研究黑暗時代的唯一工具,也是默奇森寬場陣列(MWA)最擅長的領域之一。MWA是一種獨特的望遠鏡,具有非常寬的視場,使我們能夠同時觀測數百萬顆恆星通過21釐米線,科學家們取得了重大的突破,帶領人類一點一點靠近宇宙的黑暗時代。

華盛頓大學的物理學教授MiguelMoale是本篇論文的主要作者,他介紹說:再電離時期和宇宙黑暗時代是理解我們宇宙的重要階段,可以告訴我們爲何有些區域充滿了星系、另外一些區域卻相對空曠,或者解釋物質的分佈,甚至可能是暗物質和暗能量的答案。

但是,由於宇宙空間佈滿了各種射線,給21釐米線的檢測帶來了很大的干擾。因此,Moale等人必須要想出一套有效的辦法,才能更好地消除宇宙中的噪聲,提高檢測能力。從硬件上講,他們給默奇森寬場陣列配備了冗餘子陣列和僞隨機基線。從技術方面,他們也改進了分析的技術、數據質量的控制方法和干涉校準方法。

去年的時候,他們曾經在天體物理學雜誌上發表論文指出:在這些技術的幫助下,他們成功地將長達21個小時的數據中,濾掉了過往10倍的噪聲。在接下來的時間裏,他們還將對長達3000小時的數據進行收集和整理,並且利用最新的技術手段過濾噪聲,讓我們更加接近那段黑暗的時代。

對於我們來說,宇宙的黑暗時代非常重要,它上承宇宙微波背景輻射的時代,下啓宇宙的再電離時期,是宇宙演化的重要階段,對於我們瞭解宇宙的形成和發展過程至關重要。同時我們也介紹過,直到現在,即便是藉助於哈勃太空望遠鏡,科學家也仍然無法發現第一代恆星的痕跡,最多隻能看到第二代恆星。如果我們對宇宙黑暗時代能夠有所瞭解,那麼至少可以知道黑暗時代末期向再電離期過渡的階段中,那些第一代恆星究竟是以怎樣的機制形成的。

實際上,這支團隊不僅僅包括上述三個大學的科學家,還包括麻省理工學院、國際射電天文研究中心等團隊。除了這支團隊之外,世界上還有很多其他的科學家正在對黑暗時代進行探索。目前正在月球背面工作的嫦娥四號以及中繼星鵲橋號,也攜帶了專門的設備,追尋着黑暗時代的祕密。儘管很多人不願意相信,但大爆炸理論仍然是宇宙誕生的最可靠理論。當我們揭開黑暗時代的神祕面紗時,相信會找到更多的證據,尋找宇宙是怎樣誕生的。

(轉自希望之聲國際廣播電台/轉載責任編輯:葉萍)

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