第一个星系形成时刻

根据外国媒体的报道，宇宙曾经黑暗了数亿年，一个原子可能是这个被遗忘时代的关键。

很久以前，在第一颗恒星形成的几百万年前，整个宇宙是黑暗的。宇宙的“黑暗时代”始于大爆炸后大约40万年，持续了数亿年，标志着最新的真正真空。宇宙中没有行星，没有恒星，没有星系，也没有生命。只有大爆炸形成的氢原子雾漂浮在无尽的黑暗中。

今天，世界各地的望远镜正试图一窥这些被称为中性氢原子的原始氢原子，以确定黑暗时代的最终终结和第一个星系形成的时刻。尽管这些古老的原子非常难以捉摸，但在澳大利亚内陆观察它们的一组研究人员可能非常接近找到它们。

根据预先打印好的数据库arXiv上发布的一项新研究，天文学家使用Murchison Widefield Array (MWA)射电望远镜来观察宇宙深处的过去，并寻找中性氢的特征波长。不幸的是，研究人员没有找到他们要找的东西，但是利用最近更新的望远镜阵列设置，研究小组确定了中性氢信号强度的最低水平。

如果中性氢信号强于我们在论文中设定的极限，望远镜就会探测到它们。这意味着对这些古老分子的研究仍在继续，研究人员现在知道中性氢的痕迹实际上比预期的更加模糊。

第一个原子

整个早期宇宙的能量如此之强，以至于每个原子的电子都被带走，从而获得正电荷。第一个原子是带正电荷的氢离子。几十万年来，宇宙已经冷却并膨胀到足以让这些氢离子重获电子并再次变成中性。这些中性氢原子被认为是宇宙黑暗时代的主要特征。最后，当足够多的原子聚集在一起形成第一批恒星时，这些原子将被这些恒星的辐射能重新电离。

科学家已经知道中性氢发出的辐射波长是21厘米。然而，随着宇宙在过去120亿年中的膨胀，这些波长也变长了。这项新研究的作者估计中性氢的波长已经延伸到大约2米，他们正在使用WMA望远镜在天空中搜寻这个信号。

问题是许多光源(人工光源和自然光源)辐射的波长相同。所有这些其他光源都比我们试图探测到的信号强许多数量级，甚至从望远镜上方的飞机反射的调频无线电信号也足以污染数据。

因此，研究人员写了一套方程式来从观察结果中识别并消除这些干扰。在拍摄了1200多张天空无线电波的快照后，研究人员确定他们发现的每一个2米波长的跟踪信号都来自中性氢以外的来源。

尽管中性氢原子最重要的信号尚未被发现，但这项新的研究成功地缩小了未来寻找中性氢的范围。研究人员说，这些结果有力地表明，MWA望远镜的观测正在引导我们沿着正确的路径找到中性氢。随着进一步的研究，宇宙黑暗时代的最后遗迹可能很快就会被发现。

宇宙的“黑暗时期”是什么？

宇宙演化中的“黑暗期”指的是大爆炸结束时等离子体重组，从而形成第一代恒星。在此之前，宇宙充满了高能光子，导致宇宙中普通物质(主要是氢和氦)的电离。大爆炸后大约40万年，随着宇宙的膨胀，这些光子的能量不足以再电离氢和氦，所以*电子与氢和氦原子形成中性原子。随着*电子的消失，光子可以*传播而不被散射，从而使宇宙变得透明。这些光子最终红移至微波波段，形成我们今天观察到的宇宙微波背景辐射。当时，宇宙非常均匀，没有恒星，除了氢、氦之外没有其他元素，在大爆炸核合成时期产生了少量轻核，如氘、氦-3和锂，因此被称为黑暗时期。

目前，现有的天文观测可以看到宇宙黑暗期之前的情况，即宇宙微波背景辐射；也可以看到黑暗时期后的宇宙，包括恒星、星系、类星体等。，但仍然无法在黑暗时期观察宇宙。理解和观察这一时期发生的物理过程是天文学中一个非常重要的科学问题。