山东
IT之家 9 月 7 日消息，天文学家利用 MeerKAT 射电望远镜探测到了距离地球数十亿光年的氢气信号，这些信号来自宇宙比现在 138 亿岁的年龄年轻数十亿岁的时期。
这项研究可能为天文学家提供一种绘制宇宙大尺度结构的新方法。该技术通过描绘氢元素在宇宙中的分布情况，来勾勒宇宙的结构。氢是宇宙中最轻、含量也最丰富的元素，这种方法被称为“氢强度映射”。
中性氢会发出一种极其微弱的射电信号，天文学家将其称为“21 厘米谱线”。随着宇宙在暗能量的影响下不断膨胀，这种射电信号的波长也会被拉长，也就是所谓的“红移”。通过测量红移程度，天文学家可以判断某个信号传播到地球经历了多长时间，进而推算发出该信号的氢气存在于宇宙历史上的哪个时期。
利用 21 厘米谱线，氢强度映射能够追踪此前难以直接观测到的星系发出的射电信号，并构建宇宙中最大尺度结构的三维图像。不过在此之前，这项技术通常需要将射电波探测结果与星系巡天项目的可见光观测数据结合使用，也就是利用人眼能够看到的那部分电磁辐射进行辅助分析。
而最新研究打破了这一模式。研究团队仅利用 MeerKAT 射电望远镜探测到的无线电波，构建出了氢气强度地图。MeerKAT 位于南非北开普省的梅尔卡特国家公园，由 64 面天线组成。
研究团队负责人 Sourabh Paul 在一份声明中表示：“这是一个令人非常兴奋的里程碑。长期以来，氢强度映射一直被视为一种高效绘制宇宙结构的潜在方法，但相关信号极其微弱，很难从前景辐射、人类活动产生的射频干扰以及仪器效应中分离出来。”
他表示：“利用 MeerKAT 直接探测到这一信号，说明这项技术正在成为一种真正能够用于宇宙学研究的实用工具。”
利用 MeerKAT 绘制宇宙地图
负责这项研究的团队分析了大约 96 小时的 MeerKAT 观测数据，发现了来自 40 亿至 50 亿年前的氢气信号。这些氢气分布在跨度数百万光年的巨大空间范围内，其尺度与银河系和邻近星系仙女座星系之间的距离相当。
这一成果意味着氢气映射技术的实用价值又向前迈进了一步。
爱丁堡大学研究人员、团队成员 Zhaoting Chen 在声明中表示：“中性氢是理解星系如何形成和演化的关键组成部分之一。借助强度映射，我们不需要逐一探测每一个星系，而是可以测量大范围宇宙空间中氢气发出的整体信号。这为研究星系演化以及宇宙中物质的基础分布提供了一种新的方法。”
未来的宇宙学巡天项目有望从氢气映射技术的发展中获得巨大帮助。尤其是在平方公里阵列天文台（SKAO）投入运行之后，这项技术可能发挥更加重要的作用。SKAO 目前正在澳大利亚西部的默奇森地区以及南非卡鲁地区建设。
英国曼彻斯特大学研究人员、团队成员 Laura Wolz 表示：“MeerKAT 正在不断为宇宙学打开新的窗口。尤其令人鼓舞的是，我们能够从最初并非专门为氢强度映射而设计的观测数据中提取出这一信号。这证明了 MeerKAT 数据蕴含着巨大的科学价值，也为未来利用 SKAO 开展观测指明了方向。”
接下来，研究团队将利用 MeerKAT 收集更多观测数据，覆盖更大的天空区域，并延长观测时间。这有望帮助天文学家绘制更加精细的氢气分布地图，并最终揭示宇宙中最大尺度结构如何在数十亿年的时间里逐渐形成。
团队成员、澳大利亚西开普大学研究人员 Mario G. Santos 表示：“这是一项极具挑战的数据分析工作，我们必须深入了解各种可能影响如此微弱测量结果的污染来源。”
他补充称：“尤其值得注意的是，本研究所使用的数据采集于 2018 年，当时 MeerKAT 才刚刚开始进行科学观测。如今，还有大量丰富的 MeerKAT 数据等待利用这种方法进行探索。”
IT之家注意到，该团队的研究成果已发表于 7 月出版的《天体物理学快报》。
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