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印度巨型望远镜首次收到近 90 亿光年外星系发出的无线电信号,对了解早期的宇宙有何意义?

王清扬的回答

探测到的是21cm谱线。换句话说,波长21cm的电磁波。这玩意是早期宇宙的中性氢原子发出的,和外星人没关系。

这个研究是首次在红移z=1.3的时间尺度上发现了这种21cm谱线信号,也就是这个问题标题所说的,90亿年前发出的信号。在这项研究之前,探测到的最遥远的21cm谱线信号是红移z=0.4时候发出的(大概50多亿年前)。

探测21cm谱线的一个重要的目的是用于研究宇宙早期的再电离过程。根据当前的宇宙学理论,早期宇宙中的质子与电子会结合形成大量的中性氢原子,但是到第一代恒星形成的时候,恒星放出的高能光子会摧毁原子的结构,使星系周围的氢原子发生电离。随着星系不断形成,电离区域会逐渐扩大并连结,直到整个宇宙的星际介质都被电离。这个过程就叫再电离过程。

电离前的中性氢原子会发射21cm谱线,且这种谱线是超精细结构谱线,不容易在传播过程中被吸收。所以如果我们能探测到足够遥远的21cm谱线信号(比如130多亿年前的信号),我们就能根据信号强度如何随时间变化去还原出中性氢原子的再电离过程,从而去分析早期宇宙中恒星与星系的诞生过程。

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