由剑桥大学领导的研究人员已经开发出一种方法，使他们能够通过大爆炸后大约37.8万年充满宇宙的氢云观察和研究第一批恒星。

观察第一批恒星和星系的诞生一直是天文学家几十年来的目标，因为这将有助于解释宇宙是如何从大爆炸后的空虚演变成138亿年后我们今天所观察到的复杂天体领域的。

平方公里阵列(SKA)——下一代望远镜，预计将在本世纪末完工——很可能能够拍摄宇宙中最早的光的图像，但对于目前的望远镜来说，挑战是通过厚厚的氢云探测恒星的宇宙信号。

天文学家希望探测到的信号比其他来自天空的无线电信号弱大约10万倍，例如，来自我们自己星系的无线电信号。

使用射电望远镜本身就会对接收到的信号造成扭曲，这可能会完全掩盖我们感兴趣的宇宙信号。这在现代射电宇宙学中被认为是一个极端的观测挑战。这种与仪器有关的失真通常被认为是这类观测的主要瓶颈。

现在，剑桥大学领导的研究小组已经开发出一种方法，可以透过原始云和其他天空噪声信号来观察，避免射电望远镜带来的扭曲的有害影响。他们的方法是REACH(宇宙氢分析无线电实验)实验的一部分，将允许天文学家通过它们与氢云的相互作用来观察最早的恒星，就像我们通过观察雾中的阴影来推断景观一样。

他们的方法将提高射电望远镜观测宇宙发展中这一未被探索的关键时期的质量和可靠性。REACH的首次观测预计将于今年晚些时候进行。

研究结果发表在今天的杂志上自然天文学爱博网站。

“在第一批恒星形成的时候，宇宙大部分是空的，主要由氢和氦组成，”剑桥大学卡文迪许实验室的埃洛伊·德·莱拉·阿齐多博士说，他是该论文的主要作者。

他补充说:“由于重力的作用，这些元素最终聚集在一起，并为核聚变提供了合适的条件，这就是形成第一批恒星的原因。但它们被所谓的中性氢云包围着，这种云很好地吸收了光，所以很难直接探测或观察云后面的光。”

2018年，另一个研究小组(运行“检测全球再电离时代特征实验”-或EDGES)发表了一项结果，暗示可能检测到这种最早的光，但天文学家无法重复这一结果-导致他们相信原始结果可能是由于使用的望远镜的干扰。

“最初的结果需要新的物理学来解释，因为氢气的温度应该比我们目前对宇宙的理解要低得多。另外，一种无法解释的背景辐射温度升高——通常被认为是众所周知的宇宙微波背景辐射——可能是原因。”

他补充说:“如果我们能证实在早期实验中发现的信号确实来自第一批恒星，那么意义将是巨大的。”

为了研究宇宙发展的这一时期，通常被称为宇宙黎明，天文学家研究了21厘米线——早期宇宙中氢的电磁辐射特征。他们寻找一种无线电信号来测量氢雾和氢雾背后的辐射之间的对比。

由de Lera Acedo和他的同事开发的方法使用贝叶斯统计来探测望远镜干扰和天空噪声存在的宇宙信号，这样信号就可以被分离。

为此，需要来自不同领域的最先进的技术和技术。

研究人员使用模拟来模拟使用多个天线的真实观测，这提高了数据的可靠性——早期的观测依赖于单个天线。

“我们的方法联合分析来自多个天线的数据，并且比等效的现有仪器更宽的频带。这种方法将为我们的贝叶斯数据分析提供必要的信息。”

他补充说:“从本质上讲，我们忘记了传统的设计策略，而是专注于设计一个适合我们计划分析数据的望远镜——类似于逆向设计。”这可以帮助我们测量从宇宙黎明到再电离时代的东西，当宇宙中的氢被再电离时。”

该望远镜的建造目前正在南非的卡鲁射电保护区完成，该保护区因其优越的天空射电观测条件而被选中。它远离人为的无线电频率干扰，例如电视和调频无线电信号。

REACH团队由30多名研究人员组成，他们是多学科的，分布在世界各地，包括理论和观测宇宙学、天线设计、射频仪器、数值建模、数字处理、大数据和贝叶斯统计等领域的专家。REACH是由南非斯泰伦博斯大学共同领导的。

南非Stellenbosch大学该项目的联合负责人de Villiers教授说:“尽管该仪器使用的天线技术相当简单，但恶劣的远程部署环境，以及制造过程中要求的严格公差，使这成为一个非常具有挑战性的项目。”

他补充说:“我们非常兴奋地看到该系统的表现，并有充分的信心，我们将实现难以捉摸的探测。”

由于对宇宙微波背景辐射(CMB)的研究，大爆炸和宇宙的早期是人们很好地理解的时代。更好的理解是恒星和其他天体的晚期和广泛的进化。但是宇宙中第一束光的形成时间是宇宙历史之谜中缺失的一个基本部分。