大约120亿年前，随着第一批恒星和星系的出现，宇宙从一个巨大的宇宙黑暗时代出现。通过对Murchison宽场阵列（MWA）射电望远镜收集的数据进行的新分析，科学家现在比以往任何时候都更能够检测到宇宙历史中这一转折点的超微弱特征。
在对预印本站点的arXiv和即将在被发表的一篇论文天体物理学杂志，研究人员目前的数据的第一分析从MWA的新配置专门设计用来寻找中性氢的信号，即期间占主导地位的宇宙的气体宇宙的黑暗时代。该分析为中性氢信号的强度设置了新的极限-迄今为止的最低极限。
布朗大学物理学助理教授，《自然》杂志的通讯作者乔纳森·波伯说：“我们可以自信地说，如果中性氢信号强于我们在论文中设定的极限，那么望远镜将能够探测到它。”新文章。“这些发现可以帮助我们进一步限制宇宙暗龄结束和第一批恒星出现的时间。”
这项研究由李文阳领导，他担任博士学位。布朗的学生。Li和Pober与MWA合作的国际研究人员小组合作。
尽管它在宇宙历史中很重要，但对于第一颗恒星形成的时期（即所谓的电离时代（EoR））知之甚少。大爆炸之后形成的第一个原子是带正电的氢离子，这些原子的电子被婴儿宇宙的能量剥离。随着宇宙的冷却和膨胀，氢原子与电子重新结合形成中性氢。直到大约120亿年前，当原子开始聚集在一起形成恒星和星系时，这几乎就是宇宙中的全部。这些物体发出的光使中性氢重新电离，使其从星际空间中大量消失。
像MWA那样发生的项目的目标是找到来自黑暗时代的中性氢信号，并测量其随着EoR的展开而发生的变化。这样做可以揭示有关第一批恒星的新的重要信息，即我们今天所看到的宇宙的组成部分。但是，要想一窥这个拥有120亿年历史的信号，是一项艰巨的任务，需要灵敏的仪器。
MWA于2013年开始运营时，是在整个西澳大利亚偏远乡村中排列的2048条无线电天线阵列。天线被捆扎成128个“平铺”，其信号由称为“相关器”的超级计算机合并。2016年，瓷砖的数量增加了一倍，达到256个，并且改变了它们在整个景观中的配置，以提高其对中性氢信号的敏感性。这份新论文是对扩展数组中的数据的首次分析。
中性氢发出的辐射波长为21厘米。在过去的120亿年中，随着宇宙的膨胀，来自EoR的信号现在已延伸至约2米，这正是MWA天文学家所追求的。问题在于还有许多其他的辐射源以相同的波长发射-数字电视等人造辐射源，以及银河系和数百万其他星系中的天然辐射源。
鲍伯说：“所有其他来源的信号强度都比我们试图检测的信号强许多数量级。” “即使飞机上反射的调频无线电信号恰好从望远镜上方通过，也足以污染数据。”为了了解信号，研究人员使用了多种处理技术来清除那些污染物。同时，它们说明了望远镜本身独特的频率响应。
鲍伯说：“如果我们观察不同的无线电频率或波长，望远镜的行为会有所不同。” “对望远镜的响应进行校正对于随后分离天体污染物和目标信号至关重要。”
这些数据分析技术与望远镜本身的扩展能力相结合，导致EoR信号强度达到新的上限。这是MWA连续第二次发布最新的最佳限值分析，这使该实验有望有一天能够检测到难以捉摸的EoR信号。
Pober说：“该分析表明，第二阶段升级具有很多预期的效果，并且新的分析技术将改善未来的分析。” “ MWA现在已经背对背发布了信号的两个最佳限制，这一事实使这一实验及其方法具有很大的前景。”
该研究得到了美国国家科学基金会的部分资助（授权号1613040）。MWA得到了澳大利亚政府的支持，并承认Wajarri Yamatji人是该观测站的传统所有者。
布朗大学提供的材料。
期刊参考：
- 李·W·李，J·C·鲍伯，N··巴里，B·J·哈泽尔顿，MF·莫拉莱斯，CM·特洛特，A··兰曼，M·威廉斯斯基，I·沙利文，AP·比尔兹利，T.·布尔勒，J·D·鲍曼，R.·伯恩，B·克罗斯， D.Emrich，TMO Franzen，K.Hasegawa，L.Horsley，M.Johnston-Hollitt，DC Jacobs，CH Jordan，RC Joseph，T.Kaneuji，DL Kaplan，D.Kenney，K.Kubota，J.Line，C 。Lynch，B。McKinley，DA Mitchell，S。Murray，D。Pallot，B。Pindor，M。Rahimi，J。Riding，G。Sleap，K。Steele，K。Takahashi，SJ Tingay，M。Walker，RB Wayth，RL Webster，A。Williams，C。Wu，JSB Wyithe，S。Yoshiura，Q。Zheng。在Redshift 7的第一季MWA II期EoR功率谱结果。天体物理学杂志，2019
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