觀察員
-
我國天文學家提出同時揭秘宇宙第一代星系和暗物質的新方法
最后更新: 2023-07-07 12:27:03據中國科學院國家天文臺網站消息，北京時間2023年7月7日凌晨，國際學術期刊《自然·天文》（Nature Astronomy）在線發(fā)表了中國科學院國家天文臺和東北大學合作研究的一項重大成果。這項理論研究提出，利用宇宙黎明時期21厘米森林信號的一維功率譜測量，未來的平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）將能夠同時揭秘宇宙第一代星系和暗物質的性質。中科院國家天文臺徐怡冬副研究員、陳學雷研究員和東北大學張鑫教授為論文共同通訊作者。
宇宙中第一代星系是如何形成的？它們如何照亮黑暗時代并迎來宇宙黎明？宇宙早期的星系際介質是如何被第一代星系電離并加熱的？這些問題一直是天文學領域致力于解答的重大科學難題。中性氫的21厘米譜線為宇宙黎明與第一代星系提供了獨一無二的探測手段，利用21厘米譜線探測宇宙黎明與再電離也是平方公里陣列射電望遠鏡（SKA）最重要的科學目標之一。
中性氫的21厘米信號有多種觀測模式。常見的觀測模式是以宇宙微波背景輻射為背景源的21厘米信號測量。同時，宇宙早期各種結構及其周圍的氫原子氣體會在高紅移射電點源的光譜上產生密集的21厘米吸收線，這些吸收線叢被形象地稱為21厘米森林（圖 1）。
由于信號微弱，且依賴于宇宙黎明時期的射電亮源的獲取，多年來21厘米森林探測面臨極大挑戰(zhàn)。
另一方面，21厘米森林信號同時受到第一代星系加熱效應和暗物質性質的影響，觀測上很難區(qū)分這兩種效應，使得21厘米森林探測在提出以來的二十多年中，難以實際用于限制第一代星系的熱效應或暗物質的性質。
此項工作深入研究了過去鮮有論及的21厘米森林探針，并提出了一種原創(chuàng)性的統(tǒng)計測量方案，使之不僅能夠限制宇宙第一代星系的性質，還可以同時測量暗物質粒子的質量。
近年來，已有一批高紅移射電噪的類星體被發(fā)現，而且SKA望遠鏡也已進入工程建設階段，開展21厘米森林觀測已迫在眉睫。“我們意識到由溫暗物質效應和加熱效應引起的信號變化，在光譜上的尺度分布特征不同，因此通過一維功率譜分析，將可以從統(tǒng)計上提取關鍵特征以區(qū)分這兩種效應?！毙焘榻B說，“而且，如果對同一段光譜的兩次測量做互相關，將能夠顯著壓低噪聲，從而提高信噪比。這對21厘米森林這種弱信號的提取是非常關鍵的?！?
模擬結果顯示，一維交叉功率譜測量顯著提高了觀測的靈敏度，同時，一維功率譜的幅度和形狀特征使得信號的尺度依賴性被顯現出來（圖 2）。這使得21厘米森林變得切實可行，且能夠同時測量暗物質粒子質量和宇宙黎明時期的熱歷史。因此，21厘米森林的一維功率譜確實可以成為一箭雙雕的宇宙學探針，為揭開暗物質和第一代星系之謎提供了一種極有前景的新途徑。
徐怡冬和張鑫應邀為《自然·天文》專門撰寫了介紹性短文。國際著名專家、加拿大圓周理論物理研究所的Katherine Mack教授在《自然·天文》評論道：“這項研究提出了一種有趣的方法，利用21厘米森林功率譜同時限制兩種現象：宇宙X射線對星系際介質的加熱以及溫暗物質的可能效應。雖然以前的研究已經檢查了21厘米森林作為星系際介質探針的可能性，但將溫暗物質效應作為一個獨立信號包含進來則為未來的觀測提供了一個新的科學目標?！?
《自然·天文》的編輯團隊也針對這項研究發(fā)表了評論：“我們宇宙的最遠處總是極為神秘，由于被塵埃、吸收光的原子和中間介質中的氣體阻擋而很難直接觀測。這項研究將吸收轉化為一種優(yōu)勢，利用它打破了其他方法所遭遇的不同效應的簡并，并可用于闡明早期宇宙的結構形成?！?
這一突破性方法的發(fā)展對于解開暗物質和宇宙早期天體形成的奧秘具有重要意義，將進一步推動我們對暗物質的理解，揭示宇宙結構形成及演化的過程。通過更深入的觀測和分析，我們有望在不久的將來獲得關于暗物質性質和早期星系形成的更多見解，進一步拓展我們對宇宙的認知。
該項研究由國家重點研發(fā)計劃項目和國家自然科學基金項目資助。
- 責任編輯: 房佶宜
-
“Chat”并不是全部，中國AI發(fā)展最終要走深向實
2023-07-07 07:49 觀網財經-科創(chuàng) -
2023世界人工智能大會開幕式六大亮點齊發(fā)
2023-07-06 16:56 2023世界人工智能大會 -
新一代數字地球技術平臺星圖地球智腦引擎發(fā)布
2023-07-06 11:34 -
馬斯克：中國一旦下定決心就一定能做好一件事，包括人工智能
2023-07-06 11:30 2023世界人工智能大會 -
我科研團隊研發(fā)出高性能電磁屏蔽材料
2023-07-06 08:02 科技前沿 -
我國首個開源桌面操作系統(tǒng)“開放麒麟1.0”發(fā)布
2023-07-05 20:57 -
我國科研團隊發(fā)現阿爾茨海默病新致病基因
2023-07-05 09:44 科技前沿 -
國內首次進行民用航空器追蹤的北斗衛(wèi)星導航系統(tǒng)試飛成功
2023-07-04 20:34 航空航天 -
全國首屆腦-機接口大會在天津召開
2023-07-04 08:30 -
兩部門：對鎵、鍺相關物項實施出口管制
2023-07-03 18:46 -
如何為數字經濟“筑路”？中興通訊亮相MWC上海給出答案
2023-07-03 15:13 觀網財經-科創(chuàng) -
我國首艘數字孿生智能科研試驗船今日首航
2023-06-30 11:30 -
中國電科實現國產離子注入機28納米工藝全覆蓋
2023-06-29 19:11 觀網財經-科創(chuàng) -
諾獎圖靈獎得主等輪番登場，2023世界人工智能大會下周在滬舉辦
2023-06-29 10:48 2023世界人工智能大會 -
反對跨界、掛名、一言堂評議，中科院發(fā)布8條誠信提醒
2023-06-28 10:56 -
世界經濟論壇公布2023年十大新興技術，柔性電池、生成式AI在列
2023-06-27 18:59 -
中國率先在全球將6GHz頻段劃分用于5G/6G系統(tǒng)
2023-06-27 17:07 -
海拔4526米，全國首座“零海拔天文觀測站”交付
2023-06-27 08:16 天文 -
101歲鋰離子電池之父、化學諾獎得主古迪納夫去世
2023-06-27 07:59 -
在孔子故里，李彥宏、張勇、周鴻祎等暢談AI發(fā)展
2023-06-26 16:13 觀網財經-科創(chuàng)
相關推薦 -
-
最新聞 Hot
-
“美國人，真正該擔心的時候到了”
-
普京：全世界都想進入中國市場
-
馬斯克：對！全面公布所有文件
-
美方恢復出口，“不是恩賜也不是讓步，是我們斗爭來的”
-
想得真美！“美越協(xié)議這一條，旨在孤立中國…”
-
“美國政府像青少年，拿信用卡揮霍，直到…”
-
“聽到東方驚雷了嗎？那是14億中國人在笑話美國”
-
“以色列和俄羅斯正進行秘密會談”
-
佩通坦基本盤還穩(wěn)嗎？泰國權力天平傾向何方
-
“不同于西方，中國正建設由技術驅動的福利模式”
-
中國駐泰國大使館：被騙至緬甸的男模特已獲救
-
“越南在走鋼絲，稍有不慎，就會惹惱中國”
-
最新民調：4成支持馬斯克成立新政黨
-
美伊下周在挪威談？
-
“俄美有興趣共同實施經濟領域一些‘有前景的項目’，特別是能源”
-
人才引進被舉報中止1年后，再招考入圍名單與此前一致？包頭通報
-
Copyright ? 2014-2024 觀察者 All rights reserved。
滬ICP備10213822號-2 互聯網新聞信息服務許可證：31220170001
網登網視備（滬）02020000041-1號 互聯網宗教信息服務許可證：滬（2024）0000009
廣播電視節(jié)目制作經營許可證：（滬）字第03952號
增值電信業(yè)務經營許可證：滬B2-20210968 違法及不良信息舉報電話：021-62376571
滬公網安備 31010502000027號
中國互聯網舉報中心
上海市互聯網違法與不良信息舉報中心
