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暗物质相互作用,比预期的年轻宇宙更冷的最早的恒星

2019-08-18

暗物质相互作用,比预期的年轻宇宙更冷的最早的恒星

根据宇宙大爆炸理论诞生宇宙之后,经历了很长一段时间,一切都笼罩在黑暗中。 利用无线电波信号,研究人员推测,在第一颗恒星照亮宇宙之前,这个时间大约是1.8亿年。

来自亚利桑那州立大学(ASU),麻省理工学院(MIT)和科罗拉多大学博尔德分校的研究人员在“自然”杂志上发表了一篇论文,解释了这一发现。 宇宙中最早的恒星是大而蓝的,并发出大量的紫外线。 一些紫外线辐射与氢相互作用,这是在没有其他化学物质的情况下渗透到早期宇宙中的所有元素中最简单的。

与紫外光相互作用的氢原子开始吸收来自宇宙微波背景(CMB)的光子 - 背景电磁辐射从它诞生之时就在宇宙中传播。 这将导致CMB无线电信号强度下降,研究人员正在寻找那些逢低。 浸入无线电波的频率可用于估计引起倾角的事件何时发生。

“这是恒星开始形成的第一个真实信号,并开始影响它们周围的媒介。 在这个时期发生的事情是,来自最初恒星的一些辐射开始让氢被看到。 它会导致氢气开始吸收背景辐射,因此您可以在特定的无线电频率下开始观察它。 ......我们看到这种下降最强烈的是大约78兆赫兹,这个频率相当于大爆炸后大约1.8亿年。 直接检测来自氢气本身的信号,这必须是最早的,“研究报告的共同作者,麻省理工学院的艾伦罗杰斯在周三的说。

First Star 这位艺术家的渲染展示了宇宙中嵌入气态细丝的第一颗巨大的蓝色恒星,宇宙微波背景在边缘处可见。 CMB比预期的更暗,表明长丝可能比预期更冷,可能来自与暗物质的相互作用。 照片:NRFuller,国家科学基金会

该信号被检测为由全国科学基金会资助的全球EoR(再电离时期)签名(EDGES)项目的实验的一部分。 该研究使用位于西澳大利亚Murchison Radio-astronomy Observatory(MRO)的冰箱大小的无线电光谱仪。

“在我们有生之年,我们不可能更早地看到星星的历史。 该项目表明,一项有前途的新技术可以发挥作用,并为数十年的新天体物理学发现铺平了道路。 ......现在我们知道这个信号存在,我们需要迅速带来能够更深入地挖掘信号的在线新射电望远镜,“该论文的第一作者ASU的Judd Bowman在 。

该研究还揭示了婴儿时期的宇宙大约是以前认为的两倍。 在135亿年前的那个时候,宇宙可能有大约3开尔文(270摄氏度或454华氏度,低于零)的温度。

Universe Timeline 宇宙的时间轴,更新以显示第一颗恒星出现的时间。 这个更新的宇宙时间表反映了最近发现大爆炸后1.8亿年前出现的第一颗恒星。 照片:NRFuller,国家科学基金会

为了解释温度异常,科学家们需要提出新的理论。 其中一个是以色列特拉维夫大学的Rennan Barkana,他说这可能是“暗物质存在的第一个直接证据”。

使用我们现有的技术无法直接观察到神秘的暗物质,即使它被认为占可观测宇宙中所有质量的85%。 它的存在是通过其对其他物体的引力作用推断出来的,并且对它的研究是物理学的圣杯之一。

参考EDGES项目检测到的信号,Barkana在说:“我意识到这个令人惊讶的信号表明存在两个演员:第一个恒星和暗物质。 宇宙中的第一颗恒星打开了无线电信号,而暗物质则与普通物质相撞并冷却下来。 超冷材料自然地解释了强无线电信号。 ......这种洞察力本身就有可能重新定位暗物质的搜索。“

检测信号背后的研究人员发表了他们的 ,标题为“在天空平均频谱中以78兆赫为中心的吸收曲线”,它于周三在网上发布。 巴尔卡纳在同一期刊上发表关于他的理论 ,标题为“第一批明星揭示的重子与暗物质粒子之间的可能相互作用”,该论文也于周三在网上发布。


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责任编辑:谢蝌