来自“第一颗恒星”的主要信号可能根本不是来自太空

一项新的研究发现，一个被解释为照亮宇宙的第一道光的信号毕竟可能不是来自宇宙的遥远区域。事实上，它甚至可能不是来自太空。

然而，这一新发现远非问题，可能只是让宇宙恢复正常。该信号在 2018 年的两篇论文中有所描述，具有一些在当前天体物理学下难以解释的意外特征。

如果信号不是来自被称为“宇宙黎明”的早期黑暗中的第一颗恒星发出的光，我们就不需要设计新的天体物理学来解释它。

“我们报告了对 55-85 MHz 频段无线电天空频谱的辐射计测量结果，这表明Bowman 等人 在检测全球再电离信号时代 (EDGES) 的数据中发现的剖面低波段仪器不是天体物理学起源的；它们最适合的剖面以 95.3% 的置信度被拒绝，”由印度拉曼研究所的 Saurabh Singh 领导 的天文学家团队写道。

“我们的未检测证实了早期的担忧，并表明鲍曼等人发现的剖面图不是新天体物理学或非标准宇宙学的证据。”

宇宙黎明是我们宇宙历史上一个重要且长期寻求的时期。它涵盖了大爆炸后大约 5000 万年到大约 10 亿年的时期。我们的宇宙并不总是像今天这样。在恒星出现之前，它充满了电离气体的炽热黑暗雾气。光无法在这雾中自由穿行；它只是散射掉了自由电子。

一旦宇宙足够冷却，质子和电子就开始重新组合成中性氢原子。这意味着光最终可以穿越太空。随着第一批恒星和星系开始形成，大约在大爆炸后 1.5 亿年，它们的紫外线逐渐将宇宙中无处不在的中性氢重新电离，使整个电磁辐射光谱自由流动。

大爆炸后约 10 亿年，宇宙完全再电离；然而，在这 10 亿年之前，我们目前的实验无法真正看到，这使得再电离过程难以理解。如果我们能探测到来自宇宙黎明的光，那绝对会改变游戏规则。

EDGES 实验在低无线电频率中寻找这个信号，并得到了成功，但接收到的信号并不是天文学家所期望的。相反，振幅几乎是预测的两倍，这表明光通过的氢气比我们想象的要冷。

研究小组得出结论，在宇宙生命周期的这个阶段，唯一可以将气体冷却到这种程度的是暗物质。反过来，暗物质的性质可能与我们的预测大相径庭。

任何非凡的发现，尤其是可能需要新科学的发现，绝对值得进一步调查，因此 Singh 和他的同事使用背景无线电频谱 3 (SARAS 3) 辐射计的成形天线测量来查看他们是否可以验证信号。

2020 年初，他们将 SARAS 3 漂浮到印度南部偏远湖泊的中央，并在天空中探测 EDGES 检测到的信号。

获得、处理和分析数据后，Singh 的团队发现没有发现任何信号。他们的仪器也没有复制 EDGES 数据中看到的无线电频谱失真。

他们在论文中写道： “鲍曼等人发现的轮廓在使用 SARAS 3 仪器对天空光谱进行的 MCMC 分析中没有检测到。 ”

“此外，相关性分析表明，使用 EDGES 低频带仪器产生的频谱中存在的失真，用于推导最佳拟合轮廓并定义轮廓参数空间的界限，在天空的 SARAS 3 光谱。这些事实表明，使用 EDGES 低波段仪器产生的天空光谱中存在的显着光谱失真是与仪器相关的系统误差。

换句话说，辛格和他的团队认为，该信号是由 EDGES 天线产生的错误，而不是从遥远的时空深处发出的信号。他们补充说，SARAS 3 数据的敏感性排除了该信号的宇宙学起源。哎哟。

一般来说，当发现非常奇怪的东西时，证据本身也需要非常特殊。然而，为了非常确定信号是否存在以及它是什么，应该使用不同的仪器进行更多的观察。

“我们得出结论，”辛格和他的团队写道，“使用部署在这样的环境中的传感器继续观察，例如在地球偏远地区的大型水体上的 SARAS 3 单锥体或月球背面轨道上的太空任务，将提供没有系统学的数据，并导致从宇宙黎明发现真正的红移 21 厘米信号。”