第一次试图复制“宇宙黎明”的惊人证据——宇宙大爆炸后1.8亿年后宇宙第一批恒星的出现——却搅乱了这幅图景。

在射电天文学家报告发现宇宙黎明信号的四年后,射电天文学家Ravi Subrahmanyan和他的合作者描述了他们如何在印度卡纳塔克邦Sharavati河沿岸的水库上漂浮天线,以寻找该信号。“当我们寻找它的时候,我们没有找到它,”Subrahmanyan说,他在印度班加罗尔的拉曼研究所领导了这项工作。他的团队的研究结果发表在今天的自然天文学

英国剑桥大学的理论物理学家Anastasia Fialkov说,这些发现是“该领域一个非常重要的里程碑”。她和其他人一直不相信宇宙黎明信号是真实的。她说,拉曼团队的研究结果是第一次对这种说法进行了严肃的检验,但她认为他们还没有能力完全排除这种可能性。

第一次检测

最初的研究结果在宇宙学圈引起了轰动,因为他们是第一个声称发现这一发现的人宇宙黎明的标志.在可观测的宇宙中,来自最古老恒星的光必须经过近140亿年才能到达地球——如此遥远的距离以至于用普通望远镜无法直接观测到它太微弱了。但射电天文学家一直在利用无线电波的频谱寻找间接影响。来自第一批恒星的紫外线会使星际氢在大部分电磁波谱上都是透明的,但在特定的无线电波长下却有些许不透明。

2018年2天文学家报告说,他们看到了原始无线电频谱的下降,其中心频率约为78兆赫——该团队认为这是宇宙黎明的证据。研究人员在澳大利亚内陆使用了一种咖啡桌形状的仪器,名为“探测全球再电离期特征实验”(edge)。

但“边缘”信号似乎是一件过犹不及的好事。光谱的下降比宇宙学理论预测的更深更广。为了解释这么大的印记,理论物理学家提出了一系列奇异的机制,比如存在着以前不为人知的基本粒子,其电荷比电子的电荷小数千倍。

其他一些研究人员也提出了担忧,强调了寻找宇宙黎明无线电信号的难度。来自早期宇宙的无线电波被来自银河系的噪声源发出的杂音所淹没,而这些噪声源的声音要大几千倍。荷兰格罗宁根大学的天体物理学家Saleem Zaroubi解释说,在光谱中寻找原始信号就好比试图从数公里外的山顶上找到树木的剪影。

为了正确地减去星系光谱,研究人员必须高精度地计算他们的仪器及其周围环境对各种射电波长的响应,也被称为实验的分类学。例如,edge团队在西澳大利亚的默奇森射电天文台(Murchison Radio-astronomy Observatory)花了很大的努力来模拟沙漠土壤造成的影响,并在发表数据之前花了两年时间反复检查数据。但一些科学家仍然不相信。

新的实验

从那以后,有许多竞争性的实验试图交叉核对边缘调查的结果.为了避免人类活动带来的无线电频率干扰,特别是调频广播电台的干扰,研究团队已经在地球上一些最偏远的地区安装了天线。

Subrahmanyan现在在澳大利亚珀斯的联邦科学和工业研究组织(CSIRO)工作,他采取了前所未有的方法——在水上行走。他和他的团队前往印度的湖泊,将他们的仪器“背景无线电频谱形状天线测量”(SARAS)的连续化身漂浮起来。SARAS的形状是圆锥形的,以便于计算其对无线电波的响应,而水下的水意味着研究团队不必处理地形的不确定结构和无线电特性。

马萨诸塞州剑桥市哈佛-史密森天体物理中心的射电天文学家林肯·格林希尔说:“我对他们在仪器设计上的聪明应用印象深刻。”

SARAS团队最初在高海拔湖泊上进行了实验,但水要么太咸,要么不够咸,这影响了无线电波的传输。最终,研究人员在离家较近的地方发现了一个盐度刚好合适的湖泊。2020年3月,他们用一个名为SARAS 3的天线收集数据,该天线漂浮在一个泡沫塑料筏子上,在Sharavati河沿岸的一个水库中。

Subrahmanyan说SARAS 3的结果排除了宇宙黎明信号的边缘探测。“就我们所知,这不是天体物理学,”他说。作者指出,edge观测到的倾角可能是由仪器误差引起的。然而,Subrahmanyan表示,很难推测是什么样的影响导致了2018年的结果。

还没结束

“我们很高兴看到SARAS 3表现良好,能够进行所需的测量,以寻找类似于我们在边缘观测中发现的光谱结构,”位于坦佩的亚利桑那州立大学的天文学家贾德·鲍曼(Judd Bowman)说,他是边缘观测的首席科学家。但是Bowman不相信SARAS 3已经排除了他的团队的结果。他说:“这些是具有挑战性的测量,许多可能影响edge的系统问题也可能发生在SARAS 3中。”

加拿大蒙特利尔麦吉尔大学的射电天文学家Cynthia Chiang说,SARAS团队还没有对edge的发现做出最后的定论。“远非如此,”她说。蒋领导了一项实验,试图探测来自南非海岸马里恩岛的宇宙黎明信号。她还参与了一项在加拿大北极地区的实验,以及一项可能被部署在智利安第斯山脉的实验。

一些其他的努力正在进行中,更多的正在开始。Subrahmanyan正在CSIRO开始一项新的实验,而他在拉曼的前合作者,实验宇宙学家Saurabh Singh将继续用新的SARAS天线进行测试。辛格还参与了向印度空间研究组织提出的一项建议,即在月球背面进行测量,从而避免地球无线电频率的干扰。辛格说,无论edge声称的最终命运如何,它背后的团队值得称赞,因为他们重新燃起了对宇宙黎明的兴趣。他说:“这复兴了这个研究领域。”

本文已获许可转载第一次出版2022年2月28日。