利用来自印度SARAS3射电望远镜的数据，剑桥大学领导的研究人员能够观察到非常早期的宇宙——大爆炸后仅2亿年——并对第一批恒星和星系的质量和能量输出设定了限制。

与直觉相反的是，研究人员没有找到他们一直在寻找的信号，即21厘米的氢线，就能够将这些限制放在最早的星系上。

这种未被探测到的情况使研究人员能够对宇宙黎明做出其他的判断，对第一批星系进行限制，并使他们能够排除一些情况，包括宇宙气体的低效加热器和无线电发射的高效生产者。

虽然我们还不能直接观测到这些早期星系，但发表在《自然天文学》杂志上的研究结果，代表着了解我们的宇宙是如何从几乎空无一物过渡到充满恒星的重要一步。

了解早期宇宙，即第一批恒星和星系形成的时间，是新天文台的主要目标之一。使用SARAS3数据获得的结果是一项概念验证研究，为理解宇宙发展的这一时期铺平了道路。

SKA项目包括两台下一代望远镜，预计在本十年底完成，将有可能拍摄早期宇宙的图像，但对目前的望远镜来说，挑战在于探测第一批被厚氢云重新辐射的恒星的宇宙学信号。

这个信号被称为21厘米线——一种由早期宇宙中的氢原子产生的无线电信号。与最近发射的JWST不同，JWST将能够直接成像宇宙早期的单个星系，用射电望远镜(如剑桥大学领导的REACH(分析宇宙氢的射电实验))对21厘米线的研究可以告诉我们甚至更早的星系的整个群体。REACH预计将在2023年初获得首批结果。

为了探测这条21厘米长的线，天文学家寻找早期宇宙中氢原子产生的无线电信号，该信号受到第一代恒星发出的光和氢雾背后的辐射的影响。今年早些时候，这些研究人员开发了一种方法，他们说，这种方法将使他们能够穿透早期宇宙的迷雾，探测到来自第一批恒星的光。其中一些技术已经在目前的研究中得到了应用。

2018年，另一个进行edge实验的研究小组发表了一项结果，暗示可能探测到这种最早的光。与早期宇宙最简单的天体物理图像所预期的相比，报告的信号异常强烈。最近，SARAS3的数据对这一探测提出了质疑:edge的结果仍在等待独立观测的确认。

在对SARAS3数据的重新分析中，剑桥大学领导的团队测试了各种可能解释EDGES结果的天体物理场景，但他们没有找到相应的信号。相反，该团队能够对第一批恒星和星系的属性进行一些限制。

SARAS3分析的结果是第一次对平均21厘米线的射电观测能够以它们主要物理性质的极限形式提供对第一批星系的性质的洞察。

剑桥大学的研究小组与来自印度、澳大利亚和以色列的合作者合作，利用SARAS3实验的数据来寻找宇宙黎明的信号，那是第一个星系形成的时候。使用统计建模技术，研究人员无法在SARAS3数据中找到信号。

“我们正在寻找具有一定振幅的信号，”剑桥大学卡文迪许实验室的博士生、该论文的第一作者哈利·贝文斯说。“但如果找不到这种信号，我们就可以限制它的深度。这反过来又开始告诉我们最初的星系有多亮。”

“我们的分析表明，氢信号可以告诉我们第一批恒星和星系的数量，”剑桥大学天文学研究所的联合主要作者阿纳斯塔西娅·费阿尔科夫博士说。“我们的分析限制了第一批光源的一些关键属性，包括最早星系的质量和这些星系形成恒星的效率。我们还解决了这些源发射x射线、无线电和紫外线辐射的效率如何的问题。”

剑桥大学卡文迪什实验室的埃洛伊·德莱拉·阿切多博士是这项研究的共同负责人，他说:“这是我们迈出的第一步，我们希望在未来十年里，我们能够发现宇宙是如何从黑暗和空虚过渡到我们今天在地球上可以看到的恒星、星系和其他天体的复杂领域。”

这项观测研究在许多方面都是同类研究中的第一次，它排除了早期星系的射电波段发射亮度是现在星系的1000倍以上，并且是氢气的不良加热器的情况。

de Lera Acedo说:“我们的数据还揭示了以前已经暗示过的一些东西，那就是，第一批恒星和星系可能对大爆炸产生的背景辐射有可测量的贡献，自那以后，背景辐射就一直向我们走来。我们也正在确定这种贡献的限度。”

贝文斯说:“能够看到如此遥远的过去——大爆炸后的2亿年——并能够了解早期宇宙，这是令人惊讶的。”

这项研究得到了科学技术设施委员会(STFC)的部分支持，该委员会是英国研究与创新(UKRI)的一部分，以及英国皇家学会。剑桥大学的作者都是剑桥大学卡夫里宇宙学研究所的成员。

注：本文由院校官方新闻直译，仅供参考，不代表指南者留学态度观点。