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從黑暗時代來的射電

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發表於 2018-3-14 15:23:00 | 顯示全部樓層 |閱讀模式
本帖最後由 mca 於 2018-3-21 14:02 編輯

宇宙論的大爆炸後 38 萬年,宇宙降溫至 3000 K,這溫度容許電子和質子結鍵為中性氫原子 (neutral hydrogen atom)。此後 4 ~ 5 億年,宇宙充斥中性氫原子,但產星率很低,基本上宇宙沒有充裕的星光把氫原子電離,因此稱這段缺乏星光期間為「黑暗時代」(Dark ages),隨後的數億年則稱為「再電離時期」(Epoch of Reionization)。 雖然如此,氫原子仍具自旋翻轉 (spin-flip) 特性而偶發 21 厘米射電,不過遠比銀河射電微弱,宇宙膨脹又令電波紅移,所以探測非常困難。經過多年嘗試,2018 年初美國 EDGES (Experiment to Detect the Global Epoch-of-reionization Signature) 團隊終於探得來自黑暗時代的中性氫譜,見附圖。曲線下陷處 (吸收線) 被認為是「第一代星」誕生的證明,因為這時宇宙背景溫度約有 50 K,溫度較低的中性氫原子吸收第一代星的輻射後便呈現吸收線,直至宇宙背景降溫到另一階段為止。吸收線的紅移值 z 約為 17,即是氫線被宇宙膨脹拉長了z + 1 = 18 倍,波長由原本 21 厘米變成 3.8 米 (頻率 78 MHz),吸收線寬度 W 對應宇宙大爆炸後 1.8 到 2.7 億年的黑暗時代。不過這只是初探結果,以後還須更多觀測加以驗證。
Universe_Dark_Ages_HI_line_W.jpg
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