宇宙黑暗时代持续时间不超过1.8亿年。
天文学家已经接收到来自宇宙中第一批恒星的长期寻找的信号，确定这些先驱恒星在大爆炸后仅1.8亿年就已明亮地燃烧着。 宇宙大爆炸。
科学家们长期以来一直怀疑宇宙的黎明在很久以前就已破晓；理论家的模型也预测了这一点。但研究人员直到现在才掌握证据来支持这一观点。在此项新研究之前，观测到的最古老恒星可以追溯到宇宙大爆炸后约4亿年。[宇宙：从大爆炸到现在的10个简单步骤]
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“这推动了我们对宇宙中恒星何时以及如何形成的认识，使其追溯到更早的时期，”该研究的主要作者，亚利桑那州立大学地球与空间探索学院的天文学家贾德·鲍曼说。
这些非常古老的恒星是开拓者。尽管它们是由原始的氢和氦凝聚而成，但它们启动了一个持续不断的恒星诞生和死亡的过程，最终在漫长的岁月中，将宇宙播撒了重元素——构成像地球这样的岩石行星的物质。
鲍曼在接受Space.com采访时说：“如果你看看我们的宇宙起源，那么梯子的最底层就是第一批天体形成并丰富介质的过程，从而使其他一切成为可能。”
此外，鲍曼和他的团队发现的信号异常强烈。事实上，它非常强烈，以至于暗示了神秘的暗物质与构成恒星、你我以及我们在宇宙中可以看到的一切的“正常”物质之间可能存在相互作用。 可能的相互作用 。
在噪声中筛选
你回溯的时间越久，就越难直接用仪器（如NASA的 哈勃太空望远镜）直接观测到恒星。首先，可以找到的恒星越来越少。在大爆炸后大约5亿年前，宇宙中充满了中性氢原子，它们非常擅长阻挡光线。（来自第一批恒星的辐射最终将这些原子分裂成其组成的质子和电子，形成更透明的电离等离子体，但这需要一段时间。）
因此，鲍曼和他的同事采取了一条间接路线，寻找这些早期恒星可能在 宇宙背景辐射 （CMB）上留下的指纹——宇宙大爆炸遗留下来的古老光线。这个想法是，恒星的紫外线辐射会激发氢原子进入不同的状态，导致它们吸收CMB光子。
从理论上讲，CMB信号的这种下降应该是可以检测到的。因此，该团队建造、校准和测试了一个厨房桌子大小的无线电天线——他们称之为“探测全球EoR（再电离时期）信号实验”（EDGES）的项目，该项目由美国国家科学基金会（NSF）资助。
然后，他们将设备设置在西澳大利亚的默奇森射电天文台（MRO）。MRO位于澳大利亚联邦科学与工业研究组织（澳大利亚国家科学机构）维护的极其无线电静默的区域。
该地点的无线电静默方面是关键，因为建模工作表明，鲍曼和他的同事正在寻找的信号与FM无线电拨号盘上的频率重叠。研究人员已经不得不应对银河系所有轰鸣的背景无线电噪声。[我们银河系的惊人照片（图集）]
“进行这种探测存在巨大的技术挑战，”负责监督EDGES资助的NSF项目主管彼得·库尔钦斯基在一份声明中说。“噪声源可能比信号亮10000倍。这就像身处飓风中心，试图听到蜂鸟翅膀的拍打声。”
但是EDGES接收到了那个微小的拍打声，发现了一个在约78兆赫兹频率下最强烈的下降。氢在相当于1420兆赫兹的波长下发射和吸收辐射，因此EDGES检测到的信号已被“红移”——由于宇宙的膨胀而被拉伸到较低的频率。这种红移的程度告诉团队，这些CMB光子何时被吸收：大约在宇宙诞生后1.8亿年。
鲍曼和他的团队于今天（2月28日）在《自然》杂志上在线发表的一项研究中报告了这些结果。
库尔钦斯基说：“这些研究人员用沙漠中的小型无线电天线看得比最强大的太空望远镜还远，为早期宇宙打开了一扇新的窗口。”
鲍曼说，EDGES信号在不到1亿年后就逐渐消失了，这可能是因为超新星、 黑洞 和其他天体发出的X射线在那时已经显著加热了氢原子。
暗物质参与其中？
鲍曼说，EDGES发现的信号大约是团队预期的两倍强。对于这种令人惊讶的强度，有两种可能的解释：要么是早期的无线电背景比科学家们想象的要强得多，要么是氢气明显更冷。
鲍曼说，研究团队倾向于第二种可能性，因为很难想象有什么过程可以将无线电背景增加到必要的水平。弄清楚是什么可能冷却了氢也很棘手，但有一个很有希望的竞争者：暗物质，这种神秘物质构成了物质宇宙的85%。
暗物质既不吸收也不发射光，因此无法直接看到（因此得名）。天文学家从暗物质对“正常”物质的引力效应推断出它的存在，但他们不知道暗物质究竟是什么。大多数研究人员认为它是由尚未发现的粒子组成的，例如轴子或弱相互作用重粒子等假想微粒。
在同一期《自然》杂志的另一项研究 中，以色列特拉维夫大学的天体物理学家伦南·巴卡纳提出，冷暗物质可能已经从氢气中吸走了能量，使其冷却下来。巴卡纳在他的研究中写道，如果发生这种情况，“暗物质粒子不会比几个质子质量更重，远低于通常预测的弱相互作用重粒子的质量。”
如果巴卡纳是对的，那么鲍曼和他的团队已经看到了奇异的物理现象，并揭示了关于暗物质本质的重要线索。[图集：遍布宇宙的暗物质]
鲍曼说：“我们一直在寻找任何可以告诉我们更多关于暗物质可能是什么的信息。”“如果这确实得到证实并继续得到确认——即探测是真实的，伦南的假设是真实的，并且是最好的解释——那么这很可能成为我们增进对暗物质真正本质的认识的第一把钥匙。”
下一步
鲍曼说，说到确认探测结果——那是早期宇宙研究的下一步。他和他的团队花了大约两年的时间来验证他们的发现，排除了所有可能的替代解释。但要使这一发现坚如磐石，还需要另一个研究小组也发现该信号。
鲍曼说，如果这种情况发生，天文学家可以挖掘该信号以获取更多信息。毕竟，现在他们知道在哪里可以找到它了。
他说，例如，通过灵敏的射电望远镜阵列进行进一步研究，应该揭示更多关于信号暗示的非标准物理学，以及更多关于宇宙第一批恒星的性质。
鲍曼说：“此外，我们期望最终能够开始辨别第一批恒星何时过渡到第二代和后来的恒星，这些恒星是由含有更重元素的gas构成的。”“我认为所有这些都与星系的起源和整体形成联系在一起。”
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