来自数十亿光年外的微弱氢信号或许能帮助天文学家绘制一幅全新的宇宙三维地图。来源：今日科学技术网
MeerKAT对遥远氢发射的直接探测推动了一种无需逐个识别星系就能绘制宇宙地图的方法。
使用南非MeerKAT射电望远镜的天文学家直接探测到了数十亿光年外中性氢气发出的微弱射电辐射。该信号在到达地球之前传播了大约四到五十亿年，为研究宇宙早期历史阶段的结构提供了一种途径。
国际团队包括来自曼彻斯特大学和西开普大学的研究人员，他们从大约96小时的观测中提取了信号。他们仅使用射电观测就探测到了宇宙历史上两个时期的氢气发射。通常情况下，要获得这些距离上的可靠探测结果，需要将射电数据与星系的光学巡天结合起来。
通过星系共同的射电光芒进行测绘
发表在《天体物理学杂志快报》上的研究进展推动了一种名为氢强度映射的技术，该技术利用众多星系的集体射电辐射来绘制大尺度空间结构。这种方法有助于研究人员探索星系的演化过程以及宇宙中物质的分布情况。
研究合著者陈兆廷博士表示：中性氢是理解星系如何形成和演化的关键要素之一。
通过强度映射，我们无需探测每一个单独的星系，而是可以测量大宇宙体积中氢原子的集体信号，从而提供一种新方法来研究星系演化以及宇宙中暗物质的分布情况。
MeerKAT望远镜观测到的天空区域景象。这张射电图像展示了作为该研究一部分，用MeerKAT望远镜观测到的那片天空。那些亮点是发射射电的星系和其他致密天体源，它们发出的射电辐射比研究团队想要测量的微弱氢信号强得多。氢强度映射面临的一大挑战是，要从更亮的前景射电辐射和有害干扰中分离出这极其微弱的信号。在这张图像中，肉眼无法直接看到氢信号，而是要通过精心设计的旨在分离宇宙氢辐射的分析方法，从MeerKAT望远镜的数据中提取出来。图片来源：doi.org10.384720418213ae808f
中性氢自然会发射波长约为21厘米（即8.3英寸）的无线电波。随着宇宙的膨胀，这些波会被拉伸至更长的波长。测量这种拉伸程度可以让天文学家区分来自宇宙历史不同阶段的辐射。
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。
从早期梅卡塔（MeerKAT）数据中提取氢信号
MeerKAT射电望远镜的测量能够追踪跨度达数百万光年范围内的氢元素，这一跨度相当于银河系与其邻近星系仙女座星系之间的距离。要提取出如此遥远的信号，就意味着需要将其与其他无线电辐射以及望远镜自身产生的各种影响区分开来。
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负责探测的团队；从左至右：曼彻斯特大学
这些观测数据来自2018年，当时MeerKAT望远镜刚刚开始科学观测。这些观测最初并非为氢强度测绘而设计，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测试。
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的众多污染源，桑托斯教授表示，特别值得一提的是，本研究使用的数据是在（某个前期阶段，当时设备刚开始运行的时间段）收集的，当时设备（类似MeerKAT的设备）才刚刚开始进行科学观测。现在有大量类似设备收集的数据等待用这种方法进行探索。
绘制更详细的宇宙氢分布图
该结果也有助于为平方公里阵列天文台（SKAO）未来的观测工作确定路径。MeerKAT是该天文台的先导望远镜，氢强度映射有望成为该天文台的一个主要研究领域。
MeerKAT持续为宇宙学研究开启新的窗口，该研究的共同作者、曼彻斯特大学教授劳拉沃尔茨表示，这一信号能够从原本并非专为中性氢强度映射而设计的观测数据中被提取出来，令人备受鼓舞。这充分体现了MeerKAT数据所蕴含的巨大科学价值，并为未来平方公里阵列望远镜（SKAO）的观测指明了方向。
研究人员表示，对更大范围天空进行更长时间的观测将有助于绘制更详尽的氢分布图。这些测量结果有助于揭示星系的形成和演化过程、暗物质如何塑造宇宙网络，以及宇宙在数十亿年间是如何变化的。
天体物理学杂志快报，第106卷，第2期，2023年9月1日
相关知识（天文术语）
天文学家是专注于研究宇宙中各类天体的科学家。他们通过天文望远镜等设备观测恒星、行星、星系等。深入探究天体的起源、演化和性质，揭示宇宙的奥秘。不论是研究星系碰撞，还是寻找地外生命的迹象，天文学家以不懈努力，拓展着人类对宇宙的认知边界。
BY: University of Manchester
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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/
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