大约在宇宙诞生4亿年之后的某个时候,第一批恒星开始形成。宇宙所谓的黑暗时代结束了,一个充满光明的新时代开始了。越来越多的星系开始形成,并成为制造新恒星的工厂,这一过程在大爆炸后约40亿年达到顶峰。
对天文学家来说幸运的是,这个过去的时代可以被观测到。遥远的光到达我们需要时间,我们的望远镜可以捕捉到数十亿年前星系和恒星发出的光(我们的宇宙有138亿年的历史)。但是我们宇宙历史上这一章的细节是模糊的,因为大多数正在形成的恒星都很微弱,被尘埃掩盖了。
加州理工学院的一个新项目,名为COMAP (CO测绘阵列项目),将为我们提供一个新的视角来了解这个星系聚集的时代,帮助我们回答有关宇宙中恒星生产快速增加的真正原因的问题。
该项目的首席研究员、加州理工学院欧文斯谷射电天文台(OVRO)副主任基兰·克利里(Kieran Cleary)说:“大多数仪器在观测这一时期的星系时,可能只看到了冰山一角。”“但COMAP将看到隐藏在下面的东西。”
该项目的当前阶段使用了OVRO上一个10.4米的“雷顿”射电天线来研究跨越空间和时间的最常见的恒星形成星系,包括那些因为太暗或被尘埃掩盖而难以用其他方式观察的星系。无线电观测追踪到恒星形成的原材料:冷氢气。这种气体不容易直接定位,所以COMAP测量的是一氧化碳(CO)气体发出的明亮无线电信号,一氧化碳总是与氢一起存在。COMAP的无线电摄像机是迄今为止用来探测这些无线电信号的最强大的摄像机。
该项目的第一批科学成果刚刚发表在《科学》杂志的七篇论文中天体物理学杂志。COMAP计划进行一项为期五年的调查,根据其中一年的观察结果,COMAP设定了研究时期星系中低温气体含量的上限,包括那些通常太暗、尘埃太大而无法观测到的星系。虽然该项目还没有直接探测到CO信号,但这些早期的结果表明,在最初的五年调查结束时,它正在按计划进行,最终将描绘出宇宙恒星形成历史的最全面的图景。
克利里说:“展望项目的未来,我们的目标是利用这种技术不断地回顾过去。”“从大爆炸后40亿年开始,我们将继续向后推,直到我们到达第一批恒星和星系的时代,也就是几十亿年前。”
联合首席研究员、罗宾逊天文学名誉教授安东尼·里德黑德(Anthony Readhead)说,COMAP不仅会看到恒星和星系的第一个时代,还会看到它们史诗般的爱博网站衰落。他说:“我们将观察到恒星形成的起落,就像海潮一样。”
COMAP的工作原理是捕捉宇宙时间内星系团的模糊无线电图像,而不是捕捉单个星系的清晰图像。这种模糊使天文学家能够有效地捕捉到来自更大的星系池的所有射电光,即使是那些从未见过的最微弱和尘埃最多的星系。
“通过这种方式,我们可以找到典型的、微弱星系的平均特性,而不需要非常精确地知道任何单个星系的位置,”克利里解释说。“这就像使用温度计找到大量水的温度,而不是分析单个水分子的运动。”
该项目已获得凯克空间研究所(用于关键的早期技术开发)和美国国家科学基金会(NSF)的资助,用于建造“探路者”项目的早期阶段并进行调查。该项目是加州理工学院;喷气推进实验室(JPL),由加州理工学院为NASA管理;纽约大学;普林斯顿大学;斯坦福大学;法国吉纳
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