对首个星系的新见解源自令人惊讶的观测不足

我们还没有观测到宇宙中第一批星系中的第一批恒星。天文学家一直在寻找与它们相关的间接信号，但运气不佳，因为其中一种检测结果最多也只是充满争议。但信号的缺失同样具有启发性，可以告诉我们很多关于这些第一批宇宙物体的信息。

研究人员在一篇新论文中着手测量所谓的 21 厘米线，也称为氢线，这是中性氢产生的特定波长的光。当今宇宙中的大部分氢都是电离的，这意味着原子已经失去了电子。但在大爆炸后的最初几亿年里，在恒星光将其电离之前，大部分氢都是中性的。

因此，通过绘制宇宙诞生仅 2 亿年后这条线的强度，研究人员希望了解宇宙是如何从以及第一批星系是如何形成的。但信号并不容易被发现。

“我们正在寻找具有一定幅度的信号，”剑桥大学卡文迪什实验室的博士生、论文的主要作者 Harry Bevins 在一篇陈述。“但是，如果找不到那个信号，我们就可以限制它的深度。这反过来又开始告诉我们第一批星系有多亮。”

早在 2018 年，EDGES 实验报告的发现与这条重要线的检测结果一致。但与模型的预期相比，信号似乎太强了，而且尚未得到独立证实。本研究中使用的 SARAS3 数据与这一检测结果存在争议。

信号的缺失仍然具有启发意义，天文学家得以排除某些情况。其中包括第一个星系在无线电波中非常明亮，但对周围宇宙气体的加热效果较差。

“我们的分析表明，氢信号可以告诉我们第一批恒星和星系的数量，”共同第一作者、剑桥天文研究所的 Anastasia Fialkov 博士补充道。“我们的分析限制了第一批光源的一些关键特性，包括最早星系的质量以及这些星系形成恒星的效率。我们还探讨了这些光源发射 X 射线、无线电和紫外线辐射的效率问题。”

预计后续工作将在 2023 年头几个月进行，届时将公布 REACH 望远镜 (宇宙氢分析射电实验) 的成果。

今天的研究结果发表在期刊上自然天文学。