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  • 新智元
  • 2023年1月25日12时

    地球首次!印度望远镜收到90亿光年外的问候,不是外星人?



    新智元报道

    编辑:David 昕朋
    【新智元导读】太空探索新纪元!人类史上首次收到了90亿光年之遥的无线电信号。这次不是外星人,但下次呢...

    今天,一则「印度研究人员首次收到90亿光年外无线电信号」的新闻点爆网络,高居知乎热榜第一。

    截止发稿时,该话题浏览量已破百万,回答数量破百。
    不论是去年的JWST望远镜,还是近日热播的《三体》,世界人民对地外文明的兴趣从来是与日渐增。
    这次,人类如愿了吗?
    来自90亿光年的无线电信号
    近日,麦吉尔大学和印度科学研究所的研究人员表示,他们已经捕获了迄今为止最遥远星系的无线电信号。
    这是人类首次在如此远的距离内检测到这种类型的无线电信号。麦吉尔大学发文称,这个无线电波可以让天文学家们「回到过去」,了解早期的宇宙,开始研究一些最早的恒星和星系。
    该项研究的作者是麦吉尔大学博士后研究员Arnab Chakraborty和印度科学研究所副教授Nirupam Roy。研究见刊于天文学顶刊《皇家天文学会月报》(MNRAS)。

    论文链接:
    https://academic.oup.com/mnras/article/519/3/4074/6958817?login=false
    该研究的意义在于首次用引力透镜效应,在红移z=1.3(近90亿年前)的恒星形成星系探测到H I 21厘米谱线。在此之前,研究人员探测到的最遥远的21cm谱线信号是红移z=0.4(近50亿光年)。
    所谓的21厘米谱线,全称为中性氢21厘米谱线(celestial 21 cm-hydrogen line)。它也被称为「氢线」,是频率为1420的电磁辐射谱线。
    氢原子在它的基态,有两个超精细结构子能级。星际物质中处于基态的中性氢原子的碰撞结果,在这两个子能级间引起跃迁,便形成21厘米谱线的辐射。
    21厘米谱线是射电天文观测到的第一条谱线,也是最重要的谱线之一。它是研究星际中性氢原子分布、银河系和河外星系结构的重要手段。
    研究人员表示,望远镜能够接收遥远的信号,因为它被位于信号和望远镜之间的另一个星系弯曲。Nirupam Roy称,在引力透镜效应下,无线电信号放大了30倍,使望远镜能够成功接收。
    引力透镜效应是爱因斯坦的广义相对论所预言的一种现象。由于时空在大质量天体附近会发生畸变,使得光线经过大质量天体附近时发生弯曲。
    如果在观测者到光源的直线上有一个大质量的天体,则观测者会看到由于光线弯曲而形成的一个或多个像,这种现象称之为引力透镜现象。

    模拟引力透镜
    不是外星人,是古元素
    这个信号是由位于印度浦那的巨型元波射电望远镜探测到的。该望远镜由30个指向天空的碟形天线组成,每个天线的直径接近150英尺。
    这是地球上的工具所记录到的最遥远的信号,来自一个名为SDSSJ0826+5630的星系,位于近90亿光年之外。
    但它不是E.T.外星人打电话回家。对科学家来说,它打开了一扇通往过去的窗口,让我们看到宇宙在其年龄的三分之一时的样子(即137亿年:大爆炸后的估计时间)。
    研究人员表示,这个有88亿年历史的无线电波并非来自一个古老的外星人种族,而是来自宇宙最原始的元素之一:中性氢,它是在宇宙诞生后约40万年从大爆炸的碎片中形成的。
    在宇宙形成早期,中性氢原子云散布在宇宙各处,那是天文学家所说的 「黑暗时代」——第一批明亮的恒星和星系从天体尘埃中出现之前的时代。而中性氢正是这些恒星和星系出现的「燃料」。
    「中性氢气库为星系中的恒星形成提供了基本的燃料,」发表在《皇家天文学会月刊》上的一份关于该望远镜发现的研究报告这样写道。「要想了解星系在宇宙中的演变,就需要了解这种中性气体在宇宙中的演变。」
    几十年来,科学家们一直在寻找中性氢的痕迹,希望根据这些痕迹确定第一批恒星和星系是何时以及如何出现的。但是多年来,搜寻工作成果有限,因为这些电磁信号很难穿越更长的空间和时间到达地球。
    据LiveScience报道,中性氢原子发出的电磁辐射的波长为21厘米,属于无线电波的范畴。其较长的波长和较低的频率更有可能被淹没在宇宙的静态中。
    这次发现,创造了人类接收到宇宙空间信号距离的最远纪录,之前,人类检测到的最远的同类信号来自44亿光年之外。
    爱因斯坦又是对的
    为了捕捉来自两倍距离的信号,研究人员借鉴了爱因斯坦的相对论,该理论认为物质和能量的引力可以扭曲空间和时间。
    按照相对论,存在一种名为「引力透镜」的效应,在这种效应中,一个巨大的质量体,比如这次的信号源星系SDSSJ0826+5630,可能会扭曲一个遥远的无线电信号的路径,变成我们星球的探测器可以探测到的规模。

    印度科学研究所物理学副教授、论文的共同作者Nirupam Roy在一份声明中说:
    「引力透镜放大了来自遥远物体的信号,帮助我们窥探早期宇宙。在这种情况下,信号因目标和观察者之间存在另一个大质量体,即另一个星系而发生弯曲。这导致信号被放大了30倍,使地球上的望远镜能够接收到」。
    该信号让科学家能够测量遥远星系的气体成分,据估计,该星系的质量是从地球上可见的任何恒星的两倍。
    而这只是一个开始,研究人员试图进一步理清隐藏在我们曾经无法掌控的太空深处的宇宙历史线索。
    「一个星系会发出多种不同的无线电信号。」
    该研究的主要作者Arnab Chakraborty表示,到目前为止,我们只能从附近的星系中捕捉到这种特殊的信号,我们的知识和眼界仅仅限制在那些离地球更近的星系。但这次,在引力透镜的帮助下,我们可以从破纪录的距离上捕捉到一个微弱的信号。这将帮助我们了解距离地球更远的星系的构成。
    前进!前进!
    这不是科学家第一次收到来自外层空间的神秘信号。
    去年7月,麻省理工学院以及美国和加拿大其他大学的天文学家,检测到来自一个起源不明天体物理学的遥远星系的持续信号,2020年,来自半人马座近端的神秘信号掀起了波澜。
    但是,这些信号是否意味着我们并不孤单?至少现在,答案是否定的——尽管人们已经向太空发送了信号。
    据Nature杂志报道,研究人员在2021年称,半人马座比邻星信号可能来源于「人造无线电干扰」,「快速射电暴」信号的来源可能是无线电脉冲星或磁星,两者都是中子星的类型。
    麻省理工学院卡夫利天体物理学和空间研究所博士后Daniele Michilli表示,宇宙中能严格按照周期发射信号的星体并不多。
    「在我们自己的银河系中,我们了解的案例是无线电脉冲星和磁星。我们认为这个新信号可能是小行星上的磁体或脉冲星。」
    研究人员收到来自90亿光年外的无线电信号,像是瞥见了早期宇宙中的一次闪烁。
    而捕捉这一闪烁,或许需要全人类的智慧。
    参考资料:
    https://www.cbsnews.com/news/radio-signal-9-billion-light-years-away-captured-telescope-india-giant-metrewave-radio-telescope/
    https://www.foxnews.com/science/radio-signal-9-billion-light-years-away-what-it-means-where-it-came-from
    https://www.fastcompany.com/90838348/space-hydrogen-radio-signal-light-years-away
    https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/astronomers-capture-radio-signal-distant-galaxy-344925