宇宙险些夭折? 宇宙的诞生也充满惊心动魄!

原标题:宇宙险些夭折,没人知道发生了什么,宇宙中也充满惊心动魄?

FacebookPrintFont Size繁体

【新唐人北京时间2020年11月27日讯】通过现代望远镜,我们已经可以观测到一百亿光年以外的宇宙。这意味着,我们可以看到宇宙在100亿年前的模样。同时,通过宇宙微波背景辐射,我们可以看得更加久远,了解到宇宙在大爆炸后仅仅38万年后的模样,将我们对宇宙历史的了解更加向前推进了38亿年。然而奇怪的是,在大爆炸后38万年开始的几亿年时间里,宇宙到底发生了什么,对于我们来说始终是一片空白或者说是漆黑,因为我们什么也看不见。这一段时期,就是宇宙的黑暗时代。

在上面的时间轴中,科学家描述了宇宙一些重大事件的发生时间,以及我们可以通过哪些波长的电磁波来进行观测。宇宙微波背景辐射可以展现接近大爆炸后40万年的图像,而NASA的斯皮策太空望远镜在红外波段发现了大爆炸后约4亿年时出现的第一道光。直到现在,我们可以通过可见光波段来观测宇宙天体

来自早期宇宙的光是如何被大型宇宙结构在穿过宇宙时形成B模式的重力透镜效应所偏转的。(public domain)

而在大爆炸后40万年到4亿年之间的漫长岁月里,宇宙就处在这样的黑暗时代。这段时间之所以黑暗,就在于宇宙中还没有恒星出现。当然,没有恒星仅仅代表它在可见光波段是无法观测的,更重要的是,这个时期的宇宙,充满了中性的氢原子。相比之下,今天的宇宙中你很难找到氢原子,弥散在宇宙空间中的绝大部分是氢离子或者说裸露质子和电子。

一般来说,科学家认为:恒星的形成来自于星云的坍缩,你可能以为坍缩的最初动机来自引力,但实际上,在引力发挥作用之前,是电荷相互吸引导致的引力失衡。因此,对于黑暗时代的宇宙来说,全部以原子形式存在的氢分布极其平均,无法形成恒星。同时也没有什么物理或者化学变化,让我们完全无法观测。

直到宇宙大爆炸后4亿年左右的时间,一小部分氢开始电离,最终形成连锁效应。电离后的氢具备了凝聚的条件,最终形成了一颗颗恒星,点亮了宇宙。这个时期,就是宇宙的再电离时期。到了大爆炸后大约10亿年的时候,宇宙完成了再电离,完全走出了黑暗,避免了夭折。虽然我们对于这个过程已经相当了解,但这些事件发生的时间都有着很大的不确定性。这是否说明人类能幸运的走到现在也是经历了惊心动魄的宇宙过程呢?

由于黑暗时代的难以观测,让我们很难对这些时间点有一个肯定的答案。来自华盛顿大学、布朗大学和科廷大学的科学家们,同样深深地为这个问题着迷,于是利用位于澳大利亚的默奇森宽场阵列的特殊设备,来探索宇宙黑暗时代的秘密。那么问题来了:既然所有的电磁波段都无法用来观测黑暗时代,他们要用什么手段呢?幸运的是,这些中性氢虽然十分安静,但也并非完全沉寂。由于氢原子中会发生极少量的电子翻转,所以这个过程中被释放的光子成为了我们检测它的重要手段。

由于这种光子的波长为21釐米,所以科学家称之为21釐米线,又叫氢线。21釐米线是科学家研究黑暗时代的唯一工具,也是默奇森宽场阵列(MWA)最擅长的领域之一。MWA是一种独特的望远镜,具有非常宽的视场,使我们能够同时观测数百万颗恒星通过21釐米线,科学家们取得了重大的突破,带领人类一点一点靠近宇宙的黑暗时代。

华盛顿大学的物理学教授MiguelMoale是本篇论文的主要作者,他介绍说:再电离时期和宇宙黑暗时代是理解我们宇宙的重要阶段,可以告诉我们为何有些区域充满了星系、另外一些区域却相对空旷,或者解释物质的分布,甚至可能是暗物质和暗能量的答案。

但是,由于宇宙空间布满了各种射线,给21釐米线的检测带来了很大的干扰。因此,Moale等人必须要想出一套有效的办法,才能更好地消除宇宙中的噪声,提高检测能力。从硬件上讲,他们给默奇森宽场阵列配备了冗余子阵列和伪随机基线。从技术方面,他们也改进了分析的技术、数据质量的控制方法和干涉校准方法。

去年的时候,他们曾经在天体物理学杂志上发表论文指出:在这些技术的帮助下,他们成功地将长达21个小时的数据中,滤掉了过往10倍的噪声。在接下来的时间里,他们还将对长达3000小时的数据进行收集和整理,并且利用最新的技术手段过滤噪声,让我们更加接近那段黑暗的时代。

对于我们来说,宇宙的黑暗时代非常重要,它上承宇宙微波背景辐射的时代,下启宇宙的再电离时期,是宇宙演化的重要阶段,对于我们了解宇宙的形成和发展过程至关重要。同时我们也介绍过,直到现在,即便是借助于哈勃太空望远镜,科学家也仍然无法发现第一代恒星的痕迹,最多只能看到第二代恒星。如果我们对宇宙黑暗时代能够有所了解,那么至少可以知道黑暗时代末期向再电离期过渡的阶段中,那些第一代恒星究竟是以怎样的机制形成的。

实际上,这支团队不仅仅包括上述三个大学的科学家,还包括麻省理工学院、国际射电天文研究中心等团队。除了这支团队之外,世界上还有很多其他的科学家正在对黑暗时代进行探索。目前正在月球背面工作的嫦娥四号以及中继星鹊桥号,也携带了专门的设备,追寻着黑暗时代的秘密。尽管很多人不愿意相信,但大爆炸理论仍然是宇宙诞生的最可靠理论。当我们揭开黑暗时代的神秘面纱时,相信会找到更多的证据,寻找宇宙是怎样诞生的。

(转自希望之声国际广播电台/转载责任编辑:叶萍)

相关文章
评论