加入收藏

探秘宇宙起源!我天文学家发现“一箭双雕”宇宙学探针

2023-07-07 16:25:30 来源:人民网


(资料图)

人民网北京7月7日电 (记者赵竹青)北京时间2023年7月7日凌晨,国际学术期刊《自然·天文》在线发表了中国科学院国家天文台和东北大学合作研究的一项重大成果。这项理论研究提出,利用宇宙黎明时期21厘米森林信号的一维功率谱测量,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。中科院国家天文台徐怡冬副研究员、陈学雷研究员和东北大学张鑫教授为论文共同通讯作者。

宇宙中第一代星系是如何形成的?它们如何照亮黑暗时代并迎来宇宙黎明?宇宙早期的星系际介质是如何被第一代星系电离并加热的?这些问题一直是天文学领域致力于解答的重大科学难题。中性氢的21厘米谱线为宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的探测手段,利用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(SKA)最重要的科学目标之一。

中性氢的21厘米信号有多种观测模式。常见的观测模式是以宇宙微波背景辐射为背景源的21厘米信号测量。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,这些吸收线丛被形象地称为21厘米森林。由于信号微弱,且依赖于宇宙黎明时期的射电亮源的获取,多年来21厘米森林探测面临极大挑战。另一方面,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,观测上很难区分这两种效应,使得21厘米森林探测在提出以来的二十多年中,难以实际用于限制第一代星系的热效应或暗物质的性质。

此项工作深入研究了过去鲜有论及的21厘米森林探针,并提出了一种原创性的统计测量方案,使之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。

近年来,已有一批高红移射电噪的类星体被发现,而且SKA望远镜也已进入工程建设阶段,开展21厘米森林观测已迫在眉睫。“我们意识到由温暗物质效应和加热效应引起的信号变化,在光谱上的尺度分布特征不同,因此通过一维功率谱分析,将可以从统计上提取关键特征以区分这两种效应。”徐怡冬介绍说,“而且,如果对同一段光谱的两次测量做互相关,将能够显著压低噪声,从而提高信噪比。这对21厘米森林这种弱信号的提取是非常关键的。”

模拟结果显示,一维交叉功率谱测量显著提高了观测的灵敏度,同时,一维功率谱的幅度和形状特征使得信号的尺度依赖性被显现出来。这使得21厘米森林变得切实可行,且能够同时测量暗物质粒子质量和宇宙黎明时期的热历史。因此,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,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。

徐怡冬和张鑫应邀为《自然·天文》专门撰写了介绍性短文。国际著名专家、加拿大圆周理论物理研究所的Katherine Mack教授在《自然·天文》评论道:“这项研究提出了一种有趣的方法,利用21厘米森林功率谱同时限制两种现象: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。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。”

(责编:赵竹青、吕骞)关注公众号:人民网财经

关键词:

相关新闻

资讯

梦三国错误报告怎么回事(梦三国微博发送失败怎么办)
梦三国错误报告怎么回事(梦三国微博发送失败怎么办)

1、导语:梦三国很多玩家都进行过微博绑定,在绑定成......更多>

属马今年多大岁数啦,属马的2022 属马今年多大岁数啦,属马的2022年几岁
属马今年多大岁数啦,属马的2022 属马今年多大岁数啦,属马的2022年几岁

我国传统计算年龄用的其实是虚岁,用虚岁计算,现在很......更多>

商务部回应对镓、锗相关物项实施出口管制
商务部回应对镓、锗相关物项实施出口管制

国际商报讯记者李宁报道7月3日,商务部、海关总署发布......更多>

公务员真的那么香?看清铁饭碗背后的责任再做决定】
公务员真的那么香?看清铁饭碗背后的责任再做决定】

近些年“考公热”愈演愈烈,越来越多的人想要端起这份......更多>

氯磺酰基异氰酸酯商品报价动态(2023-07-07)
氯磺酰基异氰酸酯商品报价动态(2023-07-07)

交易商品牌 产地交货地最新报价氯磺酰基异氰酸酯 含......更多>

耶伦抵京第一餐吃了云南菜见手青 飞机落地后第一站就是云南餐馆!
耶伦抵京第一餐吃了云南菜见手青 飞机落地后第一站就是云南餐馆!

近日,美国财政部部长珍妮特·耶伦一下飞机第一件事就......更多>

国王查尔斯三世在苏格兰加冕,遭遇大规模抗议
国王查尔斯三世在苏格兰加冕,遭遇大规模抗议

2023年7月6日英国日更重点有:●国王查尔斯三世在苏格......更多>

浏阳百余支村级篮球队“争锋”
浏阳百余支村级篮球队“争锋”

华声在线7月6日讯(全媒体记者王文通讯员徐旻)今晚,首......更多>

有关端午节的日记【优秀3篇】
有关端午节的日记【优秀3篇】

很快一天又过去了,我们一定有不少所感触的事情吧,何......更多>

中国好的保险种类盘点,从医疗险/重疾险/综合意外险看
中国好的保险种类盘点,从医疗险/重疾险/综合意外险看

从综合意外险的平衡角度看中国最好的保险种类有:人保......更多>

关注

CCTV5直播温网,中国金花独苗出战,德约科维奇等亮相中心球场
CCTV5直播温网,中国金花独苗出战,德约科维奇等亮相中心球场
今晚23时30分左右(晚池注:均为北京时间),一号球场... 更多>
CCTV5直播温网,中国金花独苗出战,德约科维奇等亮相中心球场
今晚23时30分左右(晚池注:均为北京时间),一号球场... 更多>
2022-2023年许钦松创作奖名单出炉
7月5日,平凡如我——2022-2023年许钦松创作奖全国总... 更多>
千元迷你电脑主机高性价比之选——零刻EQ12 Pro 使用体验
写在开头最近又掀起了一波迷你主机热度,体积小巧,携... 更多>
连夜搜寻六小时 东至县救援人员在草丛中找到走失老人
大皖新闻讯 “我们将人送到家了,一定要把老人照顾好... 更多>
灿瑞科技:预计二季度出货量会有较为明显的环比增速
灿瑞科技:预计二季度出货量会有较为明显的环比增速。... 更多>
【2023中国汽车论坛】赵扬:补强短板,加大对新能源技术的研发和应用
2023年7月5日-7日,由中国汽车工业协会主办的第13届中... 更多>
日本原子能规制委员会发放核污水排海设施“验收合格证”
日本原子能规制委员会今天(7日)向东京电力公司发放... 更多>
平安过暑假!城郊街为向阳小学师生打下禁毒“预防针”
暑假到了,为持续深化青少年毒品预防宣传教育工作,7... 更多>
杭州男子卖掉3套房换别墅,刚到手就后悔!热搜第一,网友吵翻
“杭州男子卖掉三套房换别墅刚到手就后悔”冲上热搜第... 更多>
郑州花34亿给22公里河道贴瓷砖?不妨有笔“明细账”以正视听
为了营造网易新闻良好的内容生态环境,提升用户体验,... 更多>
亚太主要股市全线下跌
金融界7月7日消息今日早盘,截至11:30,亚太主要股市... 更多>
伟星股份(002003.SZ):国内品牌客户的份额占比相对会高一些
格隆汇7月7日丨有投资者向伟星股份(002003 SZ)提问:... 更多>