大爆炸後不久，宇宙就是一個寒冷黑暗的地方，充斥著看不見的氣體，主要是氫和氦。數百萬多年來，引力把一些原始氣體吸進了“口袋”。這些口袋最終變得非常緻密，它們被自己的重量壓垮並點燃，用紫外線照射黑暗。這是宇宙中的第一批恆星，就像爆米花仁在空鍋的熱油中展開一樣閃現出來。
一切都是從這個宇宙的黎明流淌出來的。第一批恆星照亮了宇宙，他們塌縮成了成黑洞，把星系聚集在一起，產生了形成行星、衛星和進化成為人類的所有元素。
我們宇宙歷史上的這個時代長期以來一直吸引著科學家。他們希望有一天，使用經過正確校準的技術，他們能夠檢測到從那一刻開始的微弱信號。現在，他們認為他們做到了。
天文學家說，他們第一次發現了最早恆星的證據。在西澳大利亞的沙漠中，研究人員使用一臺臺式無線電儀器，探測到了來自冷氫的射電發射，這些冷氫與早期宇宙中的新恆星發生了相互作用。
來自亞利桑那州立大學、麻省理工學院和科羅拉多大學博爾德分校的天文學家，花了十多年的時間來尋找這種信號，並校準這項技術。
“這是一個巨大的里程碑。”負責這項工作的亞利桑那州立大學天文學家賈德·鮑曼說，“如果你真的把我們的宇宙起源看作是人類，宇宙中發生的所有事情都會發生在我們身上嗎？階梯上的第一級就是這些第一批恆星。”
這一信號的性質表明了對第一顆恆星出現時間的一種新的估計：大約在大爆炸後1.8億年，這比許多科學家的預期稍早一些，但仍在理論模型的預期之內。麻省理工學院研究宇宙早期恆星的天體物理學家安娜·弗雷貝爾(Anna Frebel)說：“這個數字將成為宇宙中第一顆恆星發出的第一道光的黃金標準。知道這個數字對天體物理學的許多分支都很重要，所以最終得到一個測量結果是令人興奮的。”
天文學家們無法看到來自第一顆恆星的真正的光，但他們知道它們在那裡，因為他們能探測到恆星對周圍介質的影響，即寒冷的氫氣。在早期的宇宙中，氫氣只是漂浮在空中。當第一顆恆星出現時，情況變化很快。這種新的光以紫外線的形式射入氣體，改變了氫原子中單個電子的狀態。這促使氫開始從宇宙大爆炸後遺留下來的背景輻射中吸收能量。當原子吸收這種能量時，它們的電子就會受到激發。然後，為了回到原來的狀態，電子將能量釋放出去。
理論模型預測，這種微小的跳躍可以在某一特定的無線電頻率上被探測到--這就是天文學家所探測到的。
鮑曼和他的同事們花了數年時間微調他們的無線電天線和接收器，這兩個天線和接收器就像一張玻璃咖啡桌。他們的儀器被設計用來吸收來自南半球天空的所有無線電波，並排除來自其他來源的電波，包括整個銀河系和任何以類似頻率工作的地球技術。鮑曼說，他們在2015探測到了這個信號，但是在接下來的兩年裡，他們確保信號是他們所認為的那樣。
該儀器位於默奇森射電天文觀測站(MRO)，該天文臺由澳大利亞國家科學機構CSIRO管理，該機構限制在離該觀測站160英里的範圍內使用無線電發射機。理論模型預測了原始氫氣的信號將與調頻無線電臺的頻率重疊。
鮑曼和他的同事們探測到的無線電波的性質與理論預測基本一致，但並不是所有的東西都是一致的。當他們調整儀器來聽模型預測的氫氣的頻率時，他們什麼也沒聽到。當他們決定在較低的範圍內搜索時，他們聽到了。但他們發現的信號比預期的要強烈。這意味著早期宇宙中的氫氣比先前估計的要冷得多--可能是預測的近兩倍冷。
這就非常有趣了。只有兩件事可以解釋為什麼氣體的溫度低於預期。宇宙大爆炸後可能存在比天文學家先前認為的更多的背景輻射，但他們說這是不可能的。更合理的解釋包括氫氣和另一個宇宙之謎--暗物質的相互作用。科學家說這些不可見的暗物質構成了宇宙的大部分。弗雷貝爾說：“我們的想法是暗物質比氣體更冷。通過相互作用，氣體向暗物質傳遞一些熱量，使其稍微變暖。”因此，我們觀察到的氣體被冷卻了。”。
這一可能性的結論發表在“自然”雜誌上的論文中得到了探討，論文作者特拉維夫大學的天體物理學家Rennan Barkana，首先提出了這種潛在的相互作用。如果Barkana的理論成立的話，科學家們也許能夠找出這些暗物質粒子的一些特性。
這對這個領域來說將產生巨大影響。迄今為止，暗物質的存在只是從觀測數據中間接推斷出來的。天文學家可以通過研究某些引力效應來觀察暗物質對巨大星系團光的影響。但這些效應只允許天文學家繪製大塊暗物質，而不是單個粒子。耶魯大學的理論天體物理學家Priyamvad Natarajan說。
Natarajan說：“這就像在看一個巨大的沙丘，你知道沙丘是如何組裝的，你可以展示它是如何在風中消散的，它是如何被水沖走的。但你不知道一粒沙子是由什麼組成的。”
Natarajan說，對鮑曼和他的團隊檢測到的早期信號的研究可以幫助理論天體物理學家發現超出我們目前理解範圍的新的基礎物理學。為了使觀察到的冷卻有意義，暗物質粒子需要比先前想象的要輕得多。
鮑曼說，世界各地的其他團隊一直在致力於製造和設計儀器，以檢測來自早期宇宙的這一信號，他預計他們將能夠在未來幾個月內確認結果。
弗雷貝爾說：“只有通過其他小組和實驗的證實，才能真正開啟從宇宙第一個可觀測階段探測氫的新時代。”“作為令人興奮和信息量豐富的內容，我們需要謹慎，直到它得到其他人的確認，然後才進入教科書。”
進一步的研究將使天文學家更多地瞭解宇宙的第一顆恆星。鮑曼說：“當我們繼續前進的時候，我們可以使用模型來提取恆星的實際性質。一定質量的恆星會影響我們的吸收信號。”
鮑曼說，按照目前的無線電技術狀況，天文學家不太可能很快地瞭解恆星的歷史，至少在我們的有生之年是如此。畢竟，恆星消失的越早，我們看到的就越少。這似乎是一個相當令人沮喪的前景。但是，快速地看一眼夜空，遠離城市的燈光，就能消除任何失望的感覺。在第一顆星星閃爍之前，也許沒有什麼可看的，但在它們閃爍之後，有很多東西可以見證。
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