发现15.6万个河外中性氢源,中国天眼为全人类立下大功,宇宙秘密就藏在这里了。

这意味着,中国科学家利用属于我们自己的望远镜,绘制了迄今为止人类最大的宇宙气体图谱。

而这张图谱里,隐藏着这个宇宙最古老的秘密。

看到这,你可能有点懵。没关系,其实这件事没那么难理解。

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138亿年前,我们的宇宙从一次大爆炸中诞生。刚刚诞生的时候,整个宇宙的温度极高,高到质子和电子都无法结合在一起,完全是一片混沌。

随着时间的推移,在大爆炸的大约38万年后,宇宙温度渐渐下降到大约3000K。光子已没有足够能量将电子撞开,质子和电子因此能稳定地结合,就形成了宇宙中最早的一批中性氢原子。这些中性氢,是宇宙最古老、最基础的物质,它们也是后来宇宙中的恒星以及星系的“原材料”。

因此,只要我们观测到这些中性氢原子留下的痕迹,并破解其中的谜题,就相当于穿越时空,看到了宇宙在138亿年前的模样。

而我们要寻找的“痕迹”,叫21厘米谱线。

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简单来说,中性氢原子中质子和电子的自旋从平行跃迁到反平行状态时,会释放出一个光子。这个光子的频率为1420.406兆赫,波长约为21厘米,所以被称为21厘米氢线,或者中性氢线。

不过,这个跃迁发生的概率极低。科学家研究后指出,单独一个氢原子平均需要约1000万年才能进行一次这样的自旋翻转。但好在宇宙中的中性氢数量极其庞大,无数原子共同发出的微弱信号汇聚起来,就成了可以被人类探测到的宇宙“信标”。

中性氢线有一个最大的特点,就是可以几乎无损地穿过星际尘埃和地球大气。也就是说,很多光学望远镜看不到的区域,利用射电望远镜或许就能看到。

而这,就是中国天眼FAST大显神威的领域了。

作为当今世界最大的单口径射电望远镜,其500米的口径提供了无与伦比的有效收集面积,这意味着FAST的观测灵敏度以及效率,都是远超过世界同类设备的。

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不仅如此,FAST还有两大利器,让它如虎添翼,那就是19波束接收机和漂移扫描策略。打个比方,FAST就像是一个神枪手,天生瞄得准看得清;19波束接收机就像是给它配备了“一把狙击枪”,准度瞬间呈指数级飙升;再给它一套狙击的理论,于是就成为了最顶尖的“狙击手”,想瞄哪里就瞄哪里。

具体来说,传统的射电望远镜通常只有一个“波束”,也就是一次只能看一个方向的一小片天区,效率很低。而我国给FAST在L波段配置了国际上首台19波束接收机,相当于同时拥有了19只“眼睛”,可以并行观测19个不同方向,这使FAST的巡天效率提高了五到六倍。

再强大的利器,也必须要有一套最先进的使用方法才能展现出最强功效。而漂移扫描策略,就是让19波束接收机的能力发挥到极致的观测技巧。

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所谓漂移扫描,指的是望远镜不需要像大家印象中那样追着天体观测,而是保持固定不动,指向某个天区,利用地球自转让天体“自己飘进”望远镜的视野。这种观测方式极其稳定高效,可以长时间、不间断地对大片天区进行系统性扫描。

实际上,早在2024年,我国就公布了FAST从2020年开始的中性氢巡天项目的首批数据,当时中国天眼以41741个探测源的成绩,创下了发现世界最大中性氢星系样本的望远镜纪录。

相比之下,前一代“世界最大天眼”、美国阿雷西博射电望远镜(口径305米),花了十几年的时间,才累计探测到约31500个中性氢星系源,覆盖天区约7000平方度。

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随后,姜鹏团队继续探测,经过两年的时间,将这个数据直接大幅提升到了15.6万个探测源,覆盖天区从7600平方度猛增至19500平方度,相当于横跨了半个星空。

研究团队指出,这15.6万个星系的中性氢线就像是它们的“身份证”,可以给我们带来许多关于宇宙的秘密。

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930亿光年的宇宙如此辽阔,没有点辽阔的胸怀是无法破解其所有谜题的。前不久刚刚升空的美国宇航局罗曼太空望远镜,同样将把数据面向全人类开放使用。

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和宇宙相比,人类确实太渺小了。如果在如此渺小的情况下,还不能通力合作的话,恐怕更难理解这个宇宙究竟有多么浩渺。