宇宙黑暗時代持續時間不超過1.8億年。
天文學家已經接收到來自宇宙中第一批恆星的長期尋找的訊號，確定這些先驅恆星在大爆炸後僅1.8億年就已明亮地燃燒著。 宇宙大爆炸。
科學家們長期以來一直懷疑宇宙的黎明在很久以前就已破曉；理論家的模型也預測了這一點。但研究人員直到現在才掌握證據來支援這一觀點。在此項新研究之前，觀測到的最古老恆星可以追溯到宇宙大爆炸後約4億年。[宇宙：從大爆炸到現在的10個簡單步驟]
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“這推動了我們對宇宙中恆星何時以及如何形成的認識，使其追溯到更早的時期，”該研究的主要作者，亞利桑那州立大學地球與空間探索學院的天文學家賈德·鮑曼說。
這些非常古老的恆星是開拓者。儘管它們是由原始的氫和氦凝聚而成，但它們啟動了一個持續不斷的恆星誕生和死亡的過程，最終在漫長的歲月中，將宇宙播撒了重元素——構成像地球這樣的岩石行星的物質。
鮑曼在接受Space.com採訪時說：“如果你看看我們的宇宙起源，那麼梯子的最底層就是第一批天體形成並豐富介質的過程，從而使其他一切成為可能。”
此外，鮑曼和他的團隊發現的訊號異常強烈。事實上，它非常強烈，以至於暗示了神秘的暗物質與構成恆星、你我以及我們在宇宙中可以看到的一切的“正常”物質之間可能存在相互作用。 可能的相互作用 。
在噪聲中篩選
你回溯的時間越久，就越難直接用儀器（如NASA的 哈勃太空望遠鏡）直接觀測到恆星。首先，可以找到的恆星越來越少。在大爆炸後大約5億年前，宇宙中充滿了中性氫原子，它們非常擅長阻擋光線。（來自第一批恆星的輻射最終將這些原子分裂成其組成的質子和電子，形成更透明的電離等離子體，但這需要一段時間。）
因此，鮑曼和他的同事採取了一條間接路線，尋找這些早期恆星可能在 宇宙背景輻射 （CMB）上留下的指紋——宇宙大爆炸遺留下來的古老光線。這個想法是，恆星的紫外線輻射會激發氫原子進入不同的狀態，導致它們吸收CMB光子。
從理論上講，CMB訊號的這種下降應該是可以檢測到的。因此，該團隊建造、校準和測試了一個廚房桌子大小的無線電天線——他們稱之為“探測全球EoR（再電離時期）訊號實驗”（EDGES）的專案，該專案由美國國家科學基金會（NSF）資助。
然後，他們將裝置設定在西澳大利亞的默奇森射電天文臺（MRO）。MRO位於澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（澳大利亞國家科學機構）維護的極其無線電靜默的區域。
該地點的無線電靜默方面是關鍵，因為建模工作表明，鮑曼和他的同事正在尋找的訊號與FM無線電撥號盤上的頻率重疊。研究人員已經不得不應對銀河系所有轟鳴的背景無線電噪聲。[我們銀河系的驚人照片（圖集）]
“進行這種探測存在巨大的技術挑戰，”負責監督EDGES資助的NSF專案主管彼得·庫爾欽斯基在一份宣告中說。“噪聲源可能比訊號亮10000倍。這就像身處颶風中心，試圖聽到蜂鳥翅膀的拍打聲。”
但是EDGES接收到了那個微小的拍打聲，發現了一個在約78兆赫茲頻率下最強烈的下降。氫在相當於1420兆赫茲的波長下發射和吸收輻射，因此EDGES檢測到的訊號已被“紅移”——由於宇宙的膨脹而被拉伸到較低的頻率。這種紅移的程度告訴團隊，這些CMB光子何時被吸收：大約在宇宙誕生後1.8億年。
鮑曼和他的團隊於今天（2月28日）在《自然》雜誌上線上發表的一項研究中報告了這些結果。
庫爾欽斯基說：“這些研究人員用沙漠中的小型無線電天線看得比最強大的太空望遠鏡還遠，為早期宇宙打開了一扇新的視窗。”
鮑曼說，EDGES訊號在不到1億年後就逐漸消失了，這可能是因為超新星、 黑洞 和其他天體發出的X射線在那時已經顯著加熱了氫原子。
暗物質參與其中？
鮑曼說，EDGES發現的訊號大約是團隊預期的兩倍強。對於這種令人驚訝的強度，有兩種可能的解釋：要麼是早期的無線電背景比科學家們想象的要強得多，要麼是氫氣明顯更冷。
鮑曼說，研究團隊傾向於第二種可能性，因為很難想象有什麼過程可以將無線電背景增加到必要的水平。弄清楚是什麼可能冷卻了氫也很棘手，但有一個很有希望的競爭者：暗物質，這種神秘物質構成了物質宇宙的85%。
暗物質既不吸收也不發射光，因此無法直接看到（因此得名）。天文學家從暗物質對“正常”物質的引力效應推斷出它的存在，但他們不知道暗物質究竟是什麼。大多數研究人員認為它是由尚未發現的粒子組成的，例如軸子或弱相互作用重粒子等假想微粒。
在同一期《自然》雜誌的另一項研究 中，以色列特拉維夫大學的天體物理學家倫南·巴卡納提出，冷暗物質可能已經從氫氣中吸走了能量，使其冷卻下來。巴卡納在他的研究中寫道，如果發生這種情況，“暗物質粒子不會比幾個質子質量更重，遠低於通常預測的弱相互作用重粒子的質量。”
如果巴卡納是對的，那麼鮑曼和他的團隊已經看到了奇異的物理現象，並揭示了關於暗物質本質的重要線索。[圖集：遍佈宇宙的暗物質]
鮑曼說：“我們一直在尋找任何可以告訴我們更多關於暗物質可能是什麼的資訊。”“如果這確實得到證實並繼續得到確認——即探測是真實的，倫南的假設是真實的，並且是最好的解釋——那麼這很可能成為我們增進對暗物質真正本質的認識的第一把鑰匙。”
下一步
鮑曼說，說到確認探測結果——那是早期宇宙研究的下一步。他和他的團隊花了大約兩年的時間來驗證他們的發現，排除了所有可能的替代解釋。但要使這一發現堅如磐石，還需要另一個研究小組也發現該訊號。
鮑曼說，如果這種情況發生，天文學家可以挖掘該訊號以獲取更多資訊。畢竟，現在他們知道在哪裡可以找到它了。
他說，例如，透過靈敏的射電望遠鏡陣列進行進一步研究，應該揭示更多關於訊號暗示的非標準物理學，以及更多關於宇宙第一批恆星的性質。
鮑曼說：“此外，我們期望最終能夠開始辨別第一批恆星何時過渡到第二代和後來的恆星，這些恆星是由含有更重元素的gas構成的。”“我認為所有這些都與星系的起源和整體形成聯絡在一起。”
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