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宇宙第一代恒星是怎麼誕生的

圖文 更新时间:2024-12-28 06:51:02

作為一名天文學家,相信這是大多數人的夢想:那就是希望看到宇宙中最早的恒星和星系!

但是,真的很難!當你所觀測的天體目标是一些簡單而明亮的存在時,很簡單,把你的望遠鏡對準它,然後等着大量的光子湧進來,進而觀測到。但是,當你試圖研究宇宙中出現的第一批恒星。它們離我們太遠,太暗,無法用望遠鏡直接觀測。即使是著名的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡也隻能觀測到第一批星系,那是由數千億顆恒星聚集而成的光。到目前為止,我們還沒有觀測到第一顆恒星,這是一個很大的遺憾。

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在第一批恒星形成之前(确切的日期還不确定,因為我們還沒有觀測到它,但我們懷疑它發生在大約130億年前),宇宙幾乎完全由純淨的中性氫組成:單個電子與單個質子完美地結合在一起。

但随後,第一批恒星出現了,它們的高能輻射充斥了整個宇宙,大量的x射線和伽瑪射線充斥了宇宙。強烈的輻射撕裂了中性的氫,把它變成了我們今天在宇宙中看到的薄而熱的等離子體。這一過程被稱為再電離時代,開始時是一小塊一小塊的,最終像一堆奇怪的氣泡一樣吞沒了整個宇宙。

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所有這些都令人尤其是天文學家着迷,但天文學家如何才能真正探測到這個過程呢?他們可以通過一個中性氫的小技巧來做到這一點:它以一個非常特定的頻率發出輻射,1420mhz,相當于21厘米的波長。在第一批恒星形成之前,中性氣體以一桶的重量釋放出這21厘米的輻射,随着宇宙變成等離子體,輻射信号逐漸減弱。但是我們要注意兩點,那就是這個信号非常微弱,而且宇宙中無數的其他東西都發出類似頻率的輻射,包括我們地球上的無線電。

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要從豐富的宇宙信号中分辨出惱人的噪音,需要收集大量的數據,還要在天文的混亂頻率中篩選21厘米的幀。我們目前還沒有能力進行探測,我們隻能等待下一代的射電望遠鏡,如平方公裡陣列。但目前的天文台,如西澳大利亞州的默奇森·維德菲爾德陣列正在奠定所有必要的基礎。

包括首次傳送200tb的數據,幸運的是,目前世界上一些最強大的超級計算機正在分析這些數據,期待有進一步的發現!

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