超弦|宇宙未解之谜：130亿年前宇宙的“暗黑时代” 根据最广泛接受的宇宙学理论

根据最广泛接受的宇宙学理论，宇宙中的第一颗恒星是在大爆炸后几亿年形成的。不幸的是，天文学家们一直无法“看到”它们，因为它们的出现恰逢被称为“黑暗时代”的宇宙学时期。在这段大约130亿年前结束的时期，宇宙中充满了气体云，遮住了可见光和红外光。

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然而，天文学家已经知道，这个时代的光其实可以被当作微弱的无线电信号。正是因为这个原因，人类才建造了像默奇森宽场阵列（MWA）这样的射电望远镜。利用这个阵列去年获得的数据，一个国际研究小组正在搜寻早期宇宙迄今为止最精确的无线电数据，试图准确地看到宇宙“黑暗时代”何时结束。
到目前为止，研究小组已经成功地从MWA收集的超过21小时的数据中滤除了10倍的电磁干扰。通过这些大大改进的数据，研究小组现在正在搜索所有这些数据，寻找源自“黑暗时代”的无线电信号的标志。

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通过当前的宇宙学模型，我们知道，在大爆炸后不久，宇宙充满了热而稠密的等离子体。在这一时期，电子和光子经常相互纠缠，这会导致宇宙变得混乱。不到一百万年后，电子-光子相互作用变得罕见，膨胀的宇宙变得越来越透明。然而，此时仍然没有恒星或星系，因此导致宇宙变得黑暗。
在接下来的数亿年里，宇宙充满了中性氢（氢原子只有一个质子和一个电子，没有总电荷）。大爆炸发生后大约10亿年，中性氢原子开始聚集在一起形成第一颗恒星，从而开始了再电离时代，结束了“黑暗时代”！
随着第一批恒星的形成，它们发出的光和辐射将宇宙中大部分中性氢转化为电离等离子体，而电离等离子体至今仍占据着星际空间。不幸的是，由于可见光和红外（热）波长中的电磁辐射在现有仪器中根本不可见，因此很难辨别这种转变是什么时候发生的。

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在那个黑暗的时代，我们无法通过研究光信号来了解它，因为没有可见光！但我们可以找到一个具体的信号。它来自所有的中性氢。科学家从未测量过这个信号，但他们知道它在外面，而且很难探测到，因为在这个信号发出后的130亿年里，我们的宇宙已经变成一个非常繁杂的地方，充满了来自恒星、星系的其他活动，甚至我们的技术淹没了中性氢的信号。
这个信号对应于氢从中性到携带电荷的频率和波长。也被称为“氢线” 。在太空中发现这些信号是确定第一批恒星何时形成以及暗时代何时结束的关键，从而为天文学家提供了有关宇宙演化的重要线索。

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重新电离的时代和在此之前的黑暗时代是理解我们宇宙特征的关键时期，比如为什么我们的某些区域充满了星系，而其他区域则相对空旷，物质的分布，甚至潜在的暗物质和暗能量。
位于澳大利亚西部的射电望远镜MurchisonWidefieldArray也是研究小组寻找这些信号的主要工具。这个阵列由4096个偶极子天线组成，可以接收低频信号，比如中性氢的电磁信号。由于来自其他宇宙（或地球）源的电磁干扰，这些信号很难辨别。

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为了消除这种背景噪声并提高被检测的几率，科学家们开发了越来越复杂的方法，包括引入六角形核的冗余子阵和伪随机基线，以及改进的分析技术、数据质量控制方法和干涉校准方法。