一箭双雕!新方法揭示了宇宙的第一代星系和暗物质
科技日报记者 陆成宽。箭双揭示 宇宙中第一代星系是雕新的第代星如何形成的?它们如何照亮黑暗时代,迎来宇宙黎明?宇宙早期的宇宙星系介质是如何被第一代星系电离和加热的?这些问题一直是天文学家致力于回答的重大科学问题。 7月7日,系和国际学术期刊《自然天文》在线发表了关于宇宙第一代星系和暗物质研究的暗物最新成果。中国天文学家通过测量21厘米森林的箭双揭示一维功率谱,提出了一种新的雕新的第代星统计解决方案,未来的宇宙平方公里阵列射电望远镜(SKA)它将能够揭示宇宙第一代星系和暗物质的性质。 探测到21厘米的系和森林一直面临着巨大的挑战。 宇宙中有大量的暗物中性氢气体。这些气体中的箭双揭示氢原子在基态能超精细结构之间的跳跃会产生电磁波波长为21cm的线辐射,即中性氢21cm线。雕新的第代星 中性氢21厘米线为天文学家探索宇宙提供了巨大的宇宙机会,是系和研究宇宙结构和进化的有力工具。“中性氢21厘米线为探测宇宙黎明和第一代星系提供了独特的暗物手段。同时,利用中性氢21厘米谱线探测宇宙黎明和再电离也是平方公里阵列射电望远镜最重要的科学目标之一。中国科学院国家天文台研究员陈学雷说,论文联合通讯作者陈学雷说。 事实上,中性氢的21厘米信号有多种观测模式。以宇宙微波背景辐射为背景源的21厘米信号测量是一种常见的观测模式。与此同时,宇宙早期的各种结构及其周围的氢原子气体会在高红色移射电点源的光谱上产生密集的21厘米吸收线。“这些吸收线丛被天文学家形象地称为21厘米森林。陈学雷说,多年来,探测到21厘米森林一直面临着巨大的挑战。 “主要有两个原因:一是21cm森林信号弱,难以获得所依赖的宇宙黎明射电源;二是21cm森林信号受第一代星系加热效应和暗物质性质的影响,难以区分这两种效应,使21cm森林探测难以限制第一代星系加热效应或暗物质的性质。中国科学院国家天文台副研究员徐益东解释说,论文共同通讯作者。 在这项研究中,中国天文学家对过去很少谈论的21厘米森林进行了深入研究,并提出了一种原始的统计测量方案,使21厘米森林不仅限制了宇宙第一代星系的性质,而且测量了暗物质颗粒的质量。 近年来,发现了一批高红移射电噪的类星,平方公里阵列射电望远镜也进入了工程建设阶段,迫切需要进行21厘米的森林观测。 一种新的方法来解开暗物质和第一代星系的奥秘。 “我们意识到,由第一代星系的加热效应和温度物质引起的信号变化在光谱上的尺度分布特征明显不同。通过一维功率谱分析,这两种效应可以在未来的统计数据中区分。徐宜东说:“此外,如果同一光谱的两次测量相互关联,也可以显著降低噪音,从而提高信噪比。这也可以提高21厘米森林等弱信号的提取效率。”。 模拟结果表明,一维交叉功率谱测量显著提高了观测的灵敏度,而一维功率谱的范围和形状特征显示了信号的尺度依赖性。这使得探测21厘米森林变得切实可行,并能同时测量暗物质粒子的质量和宇宙黎明时期的热历史。 “因此,21厘米森林的一维功率谱确实可以成为一箭双雕的宇宙学探针,为揭开暗物质和第一代星系之谜提供了一种非常有前途的新方法。东北大学教授张欣强调,论文共同通讯作者。 这一次,徐怡冬和张欣还应邀为《自然·天文》撰写介绍性短文。加拿大圆周理论物理研究所教授凯瑟琳·麦克在《自然天文学》中评论道:“这项研究提出了一种有趣的方法,使用21厘米森林功率谱来限制两种现象:宇宙x射线对星系介质的加热和温度物质的可能作用。尽管之前的研究已经检查了21厘米森林作为星系介质探针的可能性,但将温度和暗物质效应作为一个独立的信号,为未来的观测提供了一个新的科学目标。”。 《自然·天文学》的编辑团队也对这项研究发表了评论:“我们宇宙最远的地方总是非常神秘,很难直接观察,因为它被灰尘、吸收光的原子和中间介质中的气体阻挡。本研究将吸收转化为优势,打破了其他方法所遇到的不同效应的简化,并可用于澄清早期宇宙的结构形成。”。 研究人员表示,这种突破性方法的发展对解决暗物质和宇宙早期天体形成的奥秘具有重要意义,并将进一步促进我们对暗物质的理解,揭示宇宙结构的形成和进化过程。通过更深入的观察和分析,我们有望在不久的将来获得更多关于暗物质性质和早期星系形成的见解,进一步扩大我们对宇宙的认知。 (国家天文台供图)。
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