详细内容或原文请订阅后点击阅览
科学家检测到数十亿年前的氢信号。这能帮助我们绘制宇宙地图吗？
天文学家使用 MeerKAT 射电望远镜探测到了数十亿光年之外的氢气，当时宇宙年轻了数十亿年。
来源:Space.com: NASA，太空探索和天文新闻天文学家使用 MeerKAT 射电望远镜探测到距我们数十亿光年远的氢气——当时宇宙的年龄比目前 138 亿年的年龄要年轻数十亿年。
这项研究可能为天文学家提供一种绘制宇宙大尺度结构的新方法。该技术将依赖于绘制宇宙中最轻、最丰富的元素氢在宇宙中的位置。它被称为氢强度图。
中性氢会发出微弱的无线电信号，天文学家将其称为 21 厘米线。当宇宙在暗能量的影响下膨胀时，无线电信号的波长被拉伸，或“红移”。红移的极限使天文学家能够确定特定信号向我们传播了多长时间，从而确定了发出该信号的氢存在于宇宙的哪个时期。
利用 21 厘米线，氢强度测绘使天文学家能够追踪迄今为止未见过的星系的无线电发射，并构建宇宙中最大结构的 3D 图片。然而，到目前为止，这项技术一直依赖于将无线电波探测与使用可见光或我们的眼睛已经进化到可以看到的电磁辐射进行的银河巡天观测相结合。
这项新研究颠覆了这一趋势，利用 MeerKAT 射电望远镜检测到的无线电波绘制了氢强度图，该射电望远镜由南非北开普省 Meerkat 国家公园的 64 个天线组成。
“这是一个非常令人兴奋的里程碑，”团队负责人 Sourabh Paul 在一份声明中说道。 “长期以来，氢强度测绘一直被视为有效绘制宇宙地图的一种有前途的方法，但信号极其微弱，很难与前景发射、人为射频干扰和仪器效应隔离。
“用 MeerKAT 直接检测它表明该技术正在成为宇宙学的实用工具。”
使用 MeerKAT 进行映射
这项研究背后的团队分析了大约 96 小时的 MeerKAT 观测结果，发现来自氢的信号可以追溯到 40 亿至 50 亿年前。这种氢跨越了数百万光年的距离，类似于银河系和我们的邻居仙女座星系之间的距离。
这一成就代表着氢图谱的实用性向前迈进了一步。
“中性氢是理解星系如何形成和演化的关键成分之一，”爱丁堡大学的团队成员陈兆廷在声明中说。 “通过强度映射，我们不需要检测每个单独的星系。相反，我们可以测量来自大宇宙体积的氢的集体信号，这为我们提供了一种研究星系演化和宇宙底层物质分布的新方法。”
未来的宇宙学调查可以极大地受益于氢测绘的进步。这将是目前正在西澳大利亚默奇森地区和南非卡鲁地区建设的平方公里阵列天文台（SKAO）的一个主要因素。
“MeerKAT 继续为宇宙学打开新的窗口，”英国曼彻斯特大学的团队成员 Laura Wolz 在声明中说道。 “事实上，这个信号可以从最初不是为氢强度测绘设计的观测中提取出来，这一事实非常令人鼓舞。它展示了 MeerKAT 数据的巨大科学价值，并为 SKAO 未来的观测指明了道路。”
“现在有大量的 MeerKAT 数据等待用这种方法来探索。”
该团队现在将专注于使用 MeerKAT 收集进一步的观测结果，这些观测结果在较长时间内覆盖了更大的天空区域。这将为天文学家提供更详细的氢图，及时帮助了解宇宙中最大的结构是如何在数十亿年的过程中形成的。
“这是一个具有挑战性的数据分析过程，需要详细了解可能影响如此微弱测量的许多污染源，”澳大利亚西开普大学的团队成员 Mario G. Santos 在声明中说。 “特别值得注意的是，这项研究中使用的数据是在 2018 年获取的，当时 MeerKAT 刚刚开始科学运营。
该团队的研究发表在七月版的《天体物理学杂志快报》上。