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默奇森 宇宙最黑暗的時(shí)期，整個(gè)宇宙險(xiǎn)些夭折，沒人知道發(fā)生了什么

通過現(xiàn)代望遠(yuǎn)鏡，我們已經(jīng)可以觀測(cè)到一百億光年以外的宇宙。這意味著，我們可以看到宇宙在100億年前的模樣。
同時(shí)，通過宇宙微波背景輻射，我們可以看得更加久遠(yuǎn)，了解到宇宙在大爆炸后僅僅38萬年后的模樣，將我們對(duì)宇宙歷史的了解更加向前推進(jìn)了38億年。
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然而奇怪的是，在大爆炸后38萬年開始的幾億年時(shí)間里，宇宙到底發(fā)生了什么，對(duì)于我們來說始終是一片空白（或者說是漆黑，因?yàn)槲覀兪裁匆部床灰姡＿@一段時(shí)期，就是宇宙的黑暗時(shí)代。
在上面的時(shí)間軸中，科學(xué)家描述了宇宙一些重大事件的發(fā)生時(shí)間，以及我們可以通過哪些波長(zhǎng)的電磁波來進(jìn)行觀測(cè)。宇宙微波背景輻射可以展現(xiàn)接近大爆炸后40萬年的圖像，而NASA的斯皮策太空望遠(yuǎn)鏡在紅外波段發(fā)現(xiàn)了大爆炸后約4億年時(shí)出現(xiàn)的第一道光。直到現(xiàn)在，我們可以通過可見光波段來觀測(cè)宇宙天體。而在大爆炸后40萬年到4億年之間的漫長(zhǎng)歲月里，宇宙就處在這樣的黑暗時(shí)代。
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這段時(shí)間之所以黑暗，就在于宇宙中還沒有恒星出現(xiàn)。當(dāng)然，沒有恒星僅僅代表它在可見光波段是無法觀測(cè)的，更重要的是，這個(gè)時(shí)期的宇宙，充滿了中性的氫原子。相比之下，今天的宇宙中你很難找到氫原子，彌散在宇宙空間中的絕大部分是氫離子（或者說裸露質(zhì)子）和電子。
一般來說，科學(xué)家認(rèn)為：恒星的形成來自于星云的坍縮，你可能以為坍縮的最初動(dòng)機(jī)來自引力，但實(shí)際上，在引力發(fā)揮作用之前，是電荷相互吸引導(dǎo)致的引力失衡。因此，對(duì)于黑暗時(shí)代的宇宙來說，全部以原子形式存在的氫分布極其平均，無法形成恒星。同時(shí)也沒有什么物理或者化學(xué)變化，讓我們完全無法觀測(cè)。
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直到宇宙大爆炸后4億年左右的時(shí)間，一小部分氫開始電離，最終形成連鎖效應(yīng)。電離后的氫具備了凝聚的條件，最終形成了一顆顆恒星，點(diǎn)亮了宇宙。這個(gè)時(shí)期，就是宇宙的再電離時(shí)期。到了大爆炸后大約10億年的時(shí)候，宇宙完成了再電離，完全走出了黑暗，避免了夭折。
雖然我們對(duì)于這個(gè)過程已經(jīng)相當(dāng)了解，但這些事件發(fā)生的時(shí)間都有著很大的不確定性。由于黑暗時(shí)代的難以觀測(cè)，讓我們很難對(duì)這些時(shí)間點(diǎn)有一個(gè)肯定的答案。
來自華盛頓大學(xué)、布朗大學(xué)和科廷大學(xué)的科學(xué)家們，同樣深深地為這個(gè)問題著迷，于是利用位于澳大利亞的默奇森寬場(chǎng)陣列的特殊設(shè)備，來探索宇宙黑暗時(shí)代的秘密。那么問題來了：既然所有的電磁波段都無法用來觀測(cè)黑暗時(shí)代，他們要用什么手段呢？
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幸運(yùn)的是，這些中性氫雖然十分“安靜”，但也并非完全沉寂。由于氫原子中會(huì)發(fā)生極少量的電子翻轉(zhuǎn)，所以這個(gè)過程中被釋放的光子成為了我們檢測(cè)它的重要手段。由于這種光子的波長(zhǎng)為21厘米，所以科學(xué)家稱之為21厘米線，又叫氫線。21厘米線是科學(xué)家研究黑暗時(shí)代的唯一工具，也是默奇森寬場(chǎng)陣列最擅長(zhǎng)的領(lǐng)域之一。通過21厘米線，科學(xué)家們?nèi)〉昧酥卮蟮耐黄疲瑤ьI(lǐng)人類一點(diǎn)一點(diǎn)靠近宇宙的黑暗時(shí)代。
華盛頓大學(xué)的物理學(xué)教授Miguel Morales是本篇論文的主要作者，他介紹說：“再電離時(shí)期和宇宙黑暗時(shí)代是理解我們宇宙的重要階段，可以告訴我們?yōu)楹斡行﹨^(qū)域充滿了星系、另外一些區(qū)域卻相對(duì)空曠，或者解釋物質(zhì)的分布，甚至可能是暗物質(zhì)和暗能量的答案。”
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（圖片說明：在默奇森寬場(chǎng)陣列，時(shí)不時(shí)還有袋鼠出沒）
據(jù)介紹，默奇森寬場(chǎng)陣列擁有4096根偶極天線，這是他們檢測(cè)21厘米線的重要工具。但是，由于宇宙空間布滿了各種射線，給21厘米線的檢測(cè)帶來了很大的干擾。因此，Morales等人必須要想出一套有效的辦法，才能更好地消除宇宙中的噪聲，提高檢測(cè)能力。
從硬件上講，他們給默奇森寬場(chǎng)陣列配備了冗余子陣列和偽隨機(jī)基線。從技術(shù)方面，他們也改進(jìn)了分析的技術(shù)、數(shù)據(jù)質(zhì)量的控制方法和干涉校準(zhǔn)方法。
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