宇宙中第一代星系是如何形成的?暗物质的性质是什么?这两大谜团能否同时通过天文观测进行研究揭秘?
最近,我国天文学家提出,通过测量21厘米森林的一维功率谱,未来的平方公里阵列射电望远镜(SKA)将能够同时揭秘宇宙第一代星系和暗物质的性质。相关研究发表在国际学术期刊《自然·天文》上。
探测21厘米森林一直面临极大挑战
宇宙中存在大量的中性氢气体。这些气体中的氢原子在基态能级超精细结构之间的跃迁,会产生电磁波波长为21厘米的线辐射,也就是中性氢21厘米线。
中性氢21厘米线为天文学家探索宇宙提供了巨大的机遇。“中性氢21厘米线为探测宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的手段。同时,利用中性氢21厘米谱线探测宇宙黎明与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。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台研究员陈学雷说。
同时,宇宙早期各种结构及其周围的氢原子气体会在高红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21厘米森林一直面临极大挑战。
“主要原因有两方面:一是21厘米森林信号微弱,并且探测它所依赖的宇宙黎明时期的射电亮源难以获取;二是21厘米森林信号同时受到第一代星系加热效应和暗物质性质的影响,因此在观测上我们很难区分这两种效应。这就使得21厘米森林探测难以实际用于限制第一代星系的加热效应或暗物质的性质。”论文共同通讯作者、中国科学院国家天文台副研究员徐怡冬解释。
近年来,已经有一批高红移射电噪的类星体被发现,而且平方公里阵列射电望远镜也进入了工程建设阶段,开展21厘米森林探测已迫在眉睫。
在这项研究中,我国天文学家提出了一种原创性的统计测量方案,使得21厘米森林不仅能够限制宇宙第一代星系的性质,还可以同时测量暗物质粒子的质量。
新方法有望拓展人类对宇宙的认知
“我们意识到由第一代星系的加热效应和温暗物质引起的信号变化,在光谱上的尺度分布特征存在明显不同。通过一维功率谱分析,我们未来可以从统计上区分这二者。”徐怡冬介绍。
“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,它为揭开暗物质和第一代星系之谜提供了一种极有前景的新途径。”论文共同通讯作者、东北大学教授张鑫强调。
针对此研究,加拿大圆周理论物理研究所教授凯瑟琳·麦克评论道:“这项研究提出了一种有趣的方法,能够利用21厘米森林功率谱同时限制宇宙X射线对星系际介质的加热,以及温暗物质的可能效应这两种现象。虽然以前的研究已经检查了21厘米森林作为星系际介质探针的可能性,但将温暗物质效应作为一个独立信号包含进来,则为未来的观测提供了一个新的科学目标。”
《自然·天文》的编辑团队也针对这项研究发表了评论:“我们宇宙的最远处总是极为神秘,由于被尘埃、吸收光的原子和中间介质中的气体阻挡而很难直接观测。这项研究将吸收转化为一种优势,利用它打破了其他方法所遭遇的不同效应的简并,并可用于阐明早期宇宙的结构形成。”
研究人员表示,这一突破性方法的发展对于解开暗物质和宇宙早期天体形成的奥秘具有重要意义,并将进一步推动我们对暗物质的理解,揭示宇宙结构形成及演化的过程。通过更深入的观测和分析,我们有望在不久的将来获得关于暗物质性质和早期星系形成的更多见解,进一步拓展我们对宇宙的认知。 (记者 陆成宽)
2024年闽台艺术青年音乐会开幕,本次音乐会由省文旅厅主办,是第九届福建艺术节和两岸艺术青年欢乐汇的重要配套活动。
8月19日,民族歌剧《山海情》点映座谈会在福州举行。演出第一幕,一段混声合唱就将观众带到了贫瘠的戈壁滩。
日前,福建京剧院新编现代京剧《连家灯火》在福州凤凰剧院上演,用京剧艺术的形式推动党的二十届三中全会精神深入人心,讴歌新中国成立75年来的辉煌成就 ...
在9日进行的英超足球联赛中,利物浦在先丢两球的情况下以2:2逼平阿森纳,延缓了“领头羊”的前进速度。水晶宫凭借奥利塞的助攻“帽子戏法”,以5:1 ...
2022-2023赛季法甲足球联赛9日结束了第30轮的全部比赛,积分榜排名第三的马赛在客场被洛里昂以0:0逼平,错失了追赶联赛“领头羊”的机会。 ...
葡萄牙体育队9日晚在葡超足球联赛第27轮比赛中客场以4:3险胜“升班马”卡萨皮亚队,继续排名联赛第四,距离欧冠区还有5分的差距。
2022-2023赛季中国男子篮球职业联赛(CBA)季后赛12进8附加赛10日晚继续进行,北京和广厦分别在主场轻松获胜,在三场两胜的赛制中占得先 ...
当日,中国女足在西班牙伊维萨岛进行赛前训练。作为备战今年女足世界杯的热身赛之一,中国女足与西班牙女足的热身赛将于11日举行。
这位不满26岁的年轻人是否还能更进一步?对于这一疑问,无论王嘉男的中方主管教练还是田径界专家都显示出信心,认为他还有不小的上升空间。
世界乒乓球职业大联盟(WTT)冠军赛布达佩斯站18日在布达佩斯奥林匹克中心拉开战幕,中国选手马龙轻松晋级,陈梦逆转胜出。
2023女足世界杯是该赛事第一次扩大为32支球队参加,由澳大利亚和新西兰联合举办。根据赛程,揭幕战将于7月20日在奥克兰上演,决赛将于8月20日 ...
国家体育总局排球运动管理中心10日发布了《体育总局排球中心关于选聘国家女排主教练的公告》,中国女排新任主帅的选聘工作正式启动。
根据赛程,四个小项的短节目和韵律舞比赛将于14日展开,15日进入自由滑和自由舞比拼,16日则将按照国际赛事惯例进行表演滑。
智库邀请权威学者和知名医师加入,以公益、医疗和科研为三个抓手,旨在充分发挥专家的社会影响力和专业权威性,倡导科学的健身理念,以体育促进大众身心全 ...
“看人,要找人防守,上来阻挡一下。”在广西天等县小山乡中心小学的运动场上,体育老师张世强盯着队员们训练时的跑动情况,不时提醒。
第18届建桥杯中国女子围棋公开赛本赛27日在浙江长兴大唐贡茶院揭开战幕。不久前刚获得全运会混双冠军的老将芮乃伟九段首轮爆冷不敌赵贯汝,被淘汰出局 ...
哈萨克斯坦奥林匹克委员会国际司司长阿利姆然·阿卡耶夫24日表示,针对北京2022年冬奥会和冬残奥会的备战工作正在哈萨克斯坦全面展开,希望哈国运动 ...