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<随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c><随心_句子c>中(zhong)國(guo)天(tian)文(wen)學(xue)家(jia)提(ti)出(chu)新(xin)方(fang)法(fa)：“壹(yi)箭(jian)雙(shuang)雕(diao)”揭(jie)秘(mi)宇(yu)宙(zhou)第(di)一代(dai)星(xing)系(xi)和(he)暗(an)物(wu)質(zhi)

“21厘(li)米(mi)森(sen)林(lin)”信(xin)號(hao)天文觀(guan)測(ce)藝(yi)術(shu)想(xiang)像(xiang)圖(tu)。　中科(ke)院(yuan)国家天文臺(tai) 供(gong)图

中新網(wang)北(bei)京(jing)7月(yue)7日(ri)電(dian) (記(ji)者(zhe) 孫(sun)自(zi)法)宇宙中第一代星系是(shi)如(ru)何(he)形(xing)成(cheng)的(de)？暗物质的性(xing)质是什(shen)麽(me)？這(zhe)兩(liang)大(da)謎(mi)團(tuan)能(neng)否(fou)同(tong)時(shi)通(tong)過(guo)天文观测進(jin)行(xing)研(yan)究(jiu)揭秘？

中国科学院国家天文台7日向(xiang)媒(mei)體(ti)發(fa)布(bu)消(xiao)息(xi)說(shuo)，中国天文学家最(zui)新研究提出“一箭双雕”的新方法——利(li)用(yong)宇宙黎(li)明(ming)时期(qi)被(bei)形象(xiang)稱(cheng)為(wei)“21厘米森林”信号的一維(wei)功(gong)率(lv)譜(pu)测量(liang)，未(wei)來(lai)的平(ping)方公(gong)裏(li)陣(zhen)列(lie)射(she)电望(wang)遠(yuan)鏡(jing)(SKA)將(jiang)能夠(gou)同时揭秘宇宙第一代星系和暗物质的性质。

这項(xiang)天文領(ling)域(yu)的重(zhong)大理(li)論(lun)研究突(tu)破(po)由(you)中国科学院国家天文台、東(dong)北大学合(he)作(zuo)完(wan)成，成果(guo)论文於(yu)北京时間(jian)7月6日夜(ye)间在(zai)国際(ji)專(zhuan)業(ye)学术期刊(kan)《自然(ran)-天文》(Nature Astronomy)在線(xian)发表(biao)。中国科学院国家天文台徐(xu)怡(yi)冬(dong)副(fu)研究員(yuan)、陳(chen)学雷(lei)研究员和东北大学張(zhang)鑫(xin)教(jiao)授(shou)为论文共(gong)同通訊(xun)作者。

模(mo)擬(ni)得(de)到(dao)的“21厘米森林”一维功率谱。　中科院国家天文台 供图

什么是“21厘米森林”信号？

研究团隊(dui)介(jie)紹(shao)说，中性氫(qing)的21厘米谱线为宇宙黎明與(yu)第一代星系提供了(le)獨(du)一無(wu)二(er)的探(tan)测手(shou)段(duan)，利用21厘米谱线探测宇宙黎明与再(zai)电離(li)也(ye)是SKA最重要(yao)的科学目(mu)標(biao)之(zhi)一。

中性氢的21厘米信号有(you)多(duo)種(zhong)观测模式(shi)，常(chang)見(jian)的观测模式是以(yi)宇宙微(wei)波(bo)背(bei)景(jing)輻(fu)射为背景源(yuan)的21厘米信号测量。同时，宇宙早(zao)期各(ge)种結(jie)構(gou)及(ji)其(qi)周(zhou)圍(wei)的氢原(yuan)子(zi)氣(qi)体會(hui)在高(gao)紅(hong)移(yi)射电點(dian)源的光(guang)谱上(shang)產(chan)生(sheng)密(mi)集(ji)的21厘米吸(xi)收(shou)线，这些(xie)吸收线叢(cong)被形象称为“21厘米森林”，由于其信号微弱(ruo)，且(qie)依(yi)賴(lai)于宇宙黎明时期的射电亮(liang)源的獲(huo)取(qu)，多年(nian)来“21厘米森林”探测面(mian)臨(lin)極(ji)大挑(tiao)戰(zhan)。

另(ling)一方面，“21厘米森林”信号同时受(shou)到第一代星系加(jia)熱(re)效(xiao)應(ying)和暗物质性质的影(ying)響(xiang)，观测上很(hen)難(nan)區(qu)分(fen)这两种效应，使(shi)得“21厘米森林”信号探测在提出以来的20多年中，难以實(shi)际用于限(xian)制(zhi)第一代星系的热效应或(huo)暗物质的性质。

“21厘米森林”信号示(shi)意(yi)图(左(zuo)图)和模拟得到的不(bu)同加热率(fX)下(xia)的宇宙黎明“21厘米森林”信号。　中科院国家天文台 供图

新方法如何实現(xian)“一箭双雕”？

研究团队表示，他(ta)們(men)此(ci)次(ci)對(dui)过去(qu)鮮(xian)有论及的“21厘米森林”探針(zhen)開(kai)展(zhan)深(shen)入(ru)研究，並(bing)提出一种原創(chuang)性的統(tong)計(ji)测量方案(an)，使之不僅(jin)能够限制宇宙第一代星系的性质，還(hai)可(ke)以同时测量暗物质粒(li)子的质量。

徐怡冬称，近(jin)年来，已(yi)有一批(pi)高红移射电噪(zao)的類(lei)星体被发现，而(er)且SKA也已进入工(gong)程(cheng)建(jian)設(she)階(jie)段，开展“21厘米森林”观测已迫(po)在眉(mei)睫(jie)。“我(wo)们意識(shi)到由溫(wen)暗物质效应和加热效应引(yin)起(qi)的信号變(bian)化(hua)，在光谱上的尺(chi)度(du)分布特(te)征(zheng)不同，因(yin)此通过一维功率谱分析(xi)，将可以從(cong)统计上提取關(guan)鍵(jian)特征以区分这两种效应。”她(ta)说，“而且，如果对同一段光谱的两次测量做(zuo)互(hu)相(xiang)关，将能够顯(xian)著(zhu)壓(ya)低(di)噪聲(sheng)，从而提高信噪比(bi)。这对‘21厘米森林’这种弱信号的提取是非(fei)常关键的”。

模拟研究结果显示，一维交(jiao)叉(cha)功率谱测量显著提高了观测的靈(ling)敏(min)度，同时，一维功率谱的幅(fu)度和形狀(zhuang)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”观测变得切(qie)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歷(li)史(shi)。

因此，“21厘米森林”的一维功率谱確(que)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一种极有前(qian)景的新途(tu)徑(jing)。

最新研究成果有何意義(yi)与影响？

国际著名(ming)天文学家、加拿(na)大圓(yuan)周理论物理研究所(suo)Katherine Mack教授在同期《自然·天文》撰(zhuan)文評(ping)论指(zhi)出，中国天文学家这项研究提出了一种有趣(qu)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。“雖(sui)然以前的研究已經(jing)檢(jian)查(zha)了21厘米森林作为星系际介质探针的可能性，但(dan)将温暗物质效应作为一個(ge)独立(li)信号包(bao)含(han)进来則(ze)为未来的观测提供了一个新的科学目标”。

《自然-天文》編(bian)輯(ji)团队也发表评论说，“我们宇宙的最远處(chu)總(zong)是极为神(shen)秘，由于被塵(chen)埃(ai)、吸收光的原子和中间介质中的气体阻(zu)擋(dang)而很难直(zhi)接(jie)观测”。中国天文学家发表的这项研究将吸收轉(zhuan)化为一种優(you)勢(shi)，利用它(ta)打(da)破了其他方法所遭(zao)遇(yu)的不同效应的簡(jian)并，并可用于闡(chan)明早期宇宙的结构形成。

研究团队总结認(ren)为，利用“21厘米森林”信号实现“一箭双雕”天文观测研究这一突破性方法的发展，对于解(jie)开暗物质和宇宙早期天体形成的奧(ao)秘具(ju)有重要意义，将进一步(bu)推(tui)動(dong)人(ren)们对暗物质的理解，揭示宇宙结构形成及演(yan)化的过程。後(hou)續(xu)通过更(geng)深入的观测和分析，天文学家有望在不久(jiu)的将来获得关于暗物质性质和早期星系形成的更多见解，从而持(chi)续拓(tuo)展对宇宙的认知(zhi)。(完)返(fan)回(hui)搜(sou)狐(hu)，查看(kan)更多

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