天文学家发现宇宙第一代恒星留下的印记和暗物质的新神秘属性

艺术家笔下描绘的早期宇宙的场景。NASA

宇宙大爆炸也许是极为明亮辉煌的一瞬。但在这一瞬过后，宇宙却陷入了黑暗。

黑夜持续了大约2亿年，光明才姗姗来迟。第一代恒星在宇宙的物质迷雾中孕育而生。

今天我们尚无缘直接看到这长夜黎明的第一道曙光。但它们并没有完全消逝，而是退出了我们的视线，将自己隐藏了起来。

宇宙的第一代恒星能够产生大量紫外辐射。虽然它们的生命十分短暂，但这宇宙黎明的第一道曙光在穿越氢云时，会在一个非常特殊的波段上留下印记。这个印记是氢的吸收信号，表现为背景辐射强度，会在某个波段上陡然下跌。

这个印记存在于21厘米波段上，与此对应的频率是1.4GHz。在这个波段上寻找氢云的吸收信号不是一件容易的事。一方面，是因为在这个波段上，宇宙中充满了比这个信号强得多的电磁波；另一方面，是因为宇宙在膨胀。

由于宇宙空间的膨胀，电磁波的波长会被拉伸，这一印记会朝着低频的方向转移。这一现象就是红移。问题在于，我们不知道它究竟转移到了哪个频率上。

天文学家为了寻找这个印记，付出了很多年的努力。最近，凭借澳洲西部一台长得有点像桌子的特殊射电望远镜，一个天文学科研小组在《自然》杂志上刊文认为，他们可能已经找到了。

发现第一代恒星印记的EDGES地基射电分光仪。它位于澳洲西部荒漠里。澳洲联邦科学工业研究组织（CSIRO）

出现在波形图上的“下跌”。Judd Bowman等人

在对来自南天大部分区域的射电波频谱，进行了多年坚持不懈的搜寻之后，他们在78MHz的频率上，发现了一处信号强度的显著下跌。

与这个频率相对应的时间，大约相当于宇宙大爆炸后1.8亿年。如果推算过程没有出错，那么这个印记毫无疑问就是宇宙第一代恒星留下的。

这是一个了不起的发现。然而故事还没有完。

科研小组惊讶地发现，他们监测到的这个信号强度，竟然比理论预期高出了两个数量级。

这意味着产生这个吸收信号的氢云温度，比背景辐射的预期温度要低一半以上。

这个结论顿时让理论物理学界炸了锅。因为理论上，那个时候的宇宙，气体升温比降温更容易。

这一反常现象的背后，或许有两种可能。一种是，当今的宇宙理论出现了重大缺陷。而另一种是，普通物质身上的能量，正在被一种温度比它还低的东西攫取。而根据现有理论，这样的东西可能只有一种——暗物质。

无论哪种可能，都足以让人震惊。

针对暗物质，科学家有很多不同的观点。最流行的一种看法认为，暗物质是一种“弱相互作用大质量粒子”。

但这个发现表明，暗物质粒子可能不会比质子重多少，这和“弱相互作用大质量粒子”中“大质量”的说法是矛盾的。其次，这还表明暗物质的温度比之前人们认为的低。

正如这个研究项目的领导人，美国亚利桑那大学天文学家Judd Bowman所说，如果暗物质被证实确实拥有这样一个特点，那么这将是我们第一次看到来自标准理论模型之外的物理学之光。

光明和黑暗，是人性的两个方面。而折射到宇宙中，或许就表现为了我们对黎明的渴望，和对未知的恐惧——及探索。

暗物质是宇宙“蛛网”结构的骨架。美国自然史博物馆