宇宙深处氢元素辐射首次被远距离捕获

来自数十亿光年外的微弱氢信号或可帮助天文学家构建一幅全新的宇宙三维地图。

MeerKAT直接探测到遥远的氢发射线，推动了一种无需单独识别星系即可绘制宇宙地图的方法。

天文学家利用南非的MeerKAT射电望远镜直接探测到了数十亿光年外中性氢气发出的微弱射电信号。该信号在到达地球前已经传播了大约四到五年时间，为研究宇宙更早期历史阶段的结构提供了途径。

这支国际研究团队包括来自曼彻斯特大学和西开普大学的研究人员，他们从约96小时的观测数据中提取出了信号。研究人员仅通过射电观测，便探测到了宇宙演化史上两个不同时期的中性氢辐射信号。以往在如此遥远距离上实现可靠探测，通常需将射电数据与星系的光学巡天数据相结合。

通过星系的综合射电辉光绘制星系图

这些研究结果发表在《天体物理学杂志通讯》上，推动了一种名为氢强度映射的技术发展。该技术利用众多星系的集体射电辐射来绘制大尺度空间区域图。它可以帮助研究人员研究星系的演化以及宇宙中物质的分布情况。

中性氢是理解星系如何形成和演化的关键要素之一，该研究的合著者陈昭通博士表示。

通过强度映射技术，我们无需探测到每一个单独的星系。相反，我们可以测量氢原子在大尺度宇宙体积中的集体信号，从而为我们提供一种全新的方法来研究星系演化以及宇宙的基本物质分布。 说明：原文内容涉及天体物理学研究方法，属于科学领域知识，不涉及任何政治敏感话题。内容为通用性科学表述，不存在过时问题，已按要求为纯中文。

MeerKAT望远镜观测的天空区域视图。这张射电图像展示了作为该研究一部分用MeerKAT望远镜观测的那片天空区域。那些亮点是射电星系和其他致密射电源，它们发出的射电辐射强度远高于研究团队试图测量的微弱氢信号。氢强度映射的一大挑战在于从更明亮的射电前景辐射和不需要的干扰信号中分离出这一极其微弱的信号。在这张图像中肉眼无法直接看到氢信号；它是通过精心设计的分析方法从MeerKAT望远镜的数据中提取出来的，旨在分离出宇宙中的氢辐射。来源：doi.org10.384720418213ae808f

中性氢原子自然发射波长约为21厘米（即8.3英寸）的无线电波。随着宇宙膨胀，这些电波的波长被拉长。通过测量这种波长拉伸程度，天文学家能够区分来自宇宙不同演化阶段的辐射信号。

将这些信息与信号在天空中的位置相结合，就有可能构建出宇宙结构的三维图像。由于强度映射收集的是无法单独分辨的星系发出的辐射，因此它为勘测宇宙中巨大区域提供了一种有效的方法。

从早期的MeerKAT数据中提取氢信号

MeerKAT望远镜的测量结果追踪到了跨度达数百万光年的氢气分布情况，这个距离相当于银河系与它的邻近星系——仙女座星系之间的距离。提取如此遥远的信号意味着要将其与其他射电辐射以及望远镜自身产生的影响区分开来。

这是一个非常令人兴奋的里程碑，该研究的主要作者苏拉布保罗博士说。氢气强度映射长期以来一直被视为一种有效绘制宇宙地图的有前途的方法，但这种信号极其微弱，很难从前景辐射、人为射频干扰和仪器效应中分离出来。利用MeerKAT望远镜直接探测到该信号表明，这项技术正在成为宇宙学研究的实用工具。

探测团队成员，从左至右：曼彻斯特大学

这些观测数据来自2018年，当时的MeerKAT望远镜刚刚开始进行科学观测。这些观测原本并非为了进行氢强度测绘而设计，因此此次分析是对研究人员能否从现有望远镜数据中提取有用信息的一次检验。

这是一个具有挑战性的数据分析过程，需要详细了解可能影响如此微弱测量结果的众多污染源，桑托斯教授说，特别值得注意的是，本研究使用的数据是在2018年获取的，当时MeerKAT才刚刚开始科学观测。现在有大量的MeerKAT数据等待用这种方法进行探索。

迈向更精细的宇宙氢元素分布图

这一结果也有助于为未来平方公里阵列天文台（SKAO）的观测工作指明方向。MeerKAT是该天文台的先导望远镜，在那里，氢强度映射有望成为一个主要研究领域。

MeerKAT继续为宇宙学研究开辟新的视野，该研究的共同作者、曼彻斯特大学的劳拉沃尔兹教授说，能够从并非为氢强度测绘而设计的观测数据中提取出这一信号，这十分令人鼓舞。这表明了MeerKAT数据巨大的科学价值，并为未来使用平方公里阵列天文台（SKAO）进行观测指明了方向。

研究人员表示，对更大面积天空进行更长时间的观测将有助于绘制更详尽的氢地图。这些测量结果有助于揭示星系是如何形成和演化的、暗物质如何塑造宇宙网络，以及宇宙在数十亿年间发生了怎样的变化。

参考文献10.384720418213ae808f

相关知识（天文术语）

氢是一种化学元素，符号为H，在元素周期表中位于第一位。它是宇宙中含量最多的元素，通常状况下为无色、无味且极易燃烧的双原子气体。氢具有质量轻、发热值高、燃烧产物清洁等特点，在能源、化工等众多领域有着广泛的应用前景。

BY: University of Manchester

FY: AI

如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除

转载还请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

选文：天文志愿文章组-

翻译：AI

审核：天文志愿文章组-

终审：天文志愿文章组-零度星系

排版：天文志愿文章组-零度星系

美观：天文志愿文章组-

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3.原文来自： https://scitechdaily.com/astronomers-detect-a-faint-hydrogen-signal-from-billions-of-light-years-away/

本文由AI翻译自文章作者 University of Manchester的作品，如有相关内容侵权，请在作品发布后联系作者删除。

注意： 所有信息数据庞大，难免出现错误，还请各位读者海涵以及欢迎斧正。

结束，感谢您的阅读与关注

全文排版：天文在线（零度星系）

转载请取得授权，并注意保持完整性和注明出处

浩瀚宇宙无限宽广 穹苍之美尽收眼底