宇宙最早发出的无线电信号或能揭开暗物质之谜

这项研究由以色列特拉维夫大学萨克勒物理与天文学院的雷南·巴尔卡纳教授领导，参与者包括博士生苏迪普塔·希克德以及来自日本、印度和英国的合作者，研究成果发表在《自然·天文学》杂志上。

### 从月球研究宇宙黑暗时代
研究人员表示，宇宙黑暗时代（即第一批恒星形成之前的时期）可通过探测曾经充满宇宙的氢气体发射的无线电波来探索。虽然日常天线能轻松探测无线电波，但这个古老时代的信号会被地球大气层阻挡。因此，研究它们需要太空仪器——尤其是月球，那里没有大气层和人为干扰，提供了理想条件。

在月球表面建造望远镜是一项艰巨任务，但时机或许成熟。全球正掀起重返月球的竞赛，美国、欧洲、中国和印度都在推进新的探月任务。这些机构正在为未来的月球项目寻找有意义的科学目标，而这项新研究强调了月球射电天文学在探测早期宇宙方面的潜力。

### 探索第一批恒星出现前的宇宙
巴尔卡纳教授解释道：“美国宇航局的新型詹姆斯·韦伯太空望远镜最近发现了遥远星系，我们接收到的是大爆炸后约3亿年的早期星系发出的光。而我们的新研究关注的是一个更早、更神秘的时代：宇宙黑暗时代，即大爆炸后仅1亿年。计算机模拟预测，当时整个宇宙的暗物质正在形成密集的团块，这些团块后来帮助形成了第一批恒星和星系。这些团块的预测大小取决于暗物质的未知属性，因此有助于揭示这些属性，但它们无法被直接观测到。不过，这些暗物质团块会吸引氢气体，并使其发射更强的无线电波。我们预测，所有这些的累积效应可以通过测量天空平均无线电强度的无线电天线来探测。”

这些模拟表明，来自黑暗时代的无线电信号虽然微弱，但携带着关于孕育星系形成的无形结构的宝贵线索。探测到它们可能会改变我们对宇宙最早时刻的理解。

### 从宇宙黑暗时代到恒星黎明
尽管预期信号很弱，但成功观测到它可能会为检验暗物质理论打开一扇新窗口。在那之后不久，在被称为“宇宙黎明”的阶段，第一批恒星出现，它们的光可能极大地增强了这种无线电发射。来自那个较晚时代的信号应该更容易用地面望远镜探测到，但由于恒星形成带来了额外的复杂性，它们更难解释。

为应对这一挑战，科学家们正转向大型射电望远镜网络，旨在绘制宇宙无线电强度的细微变化。其中最大的项目之一是平方公里阵列（SKA），这是一个全球合作项目，涉及目前在澳大利亚建造的8万个射电天线阵列。巴尔卡纳教授在这个国际项目中发挥着关键作用，该项目旨在捕捉强弱无线电发射模式，这些模式可能揭示暗物质团块曾经存在的位置。

### 暗物质起源的新窗口
研究团队认为，他们的预测可能为理解暗物质迈出重要一步。如今，暗物质与星系和恒星交织在一起，使其属性难以分离。相比之下，早期宇宙提供了一个纯净的环境——本质上是一个未受干扰的实验室——用于研究暗物质在不受后期宇宙结构干扰情况下的行为。

巴尔卡纳教授总结道：“就像旧的广播电台正被带来网站和播客的新技术所取代一样，天文学家正在拓展射电天文学的范围。当科学家打开一个新的观测窗口时，通常会有惊人的发现。物理学的圣杯是发现暗物质的属性，这种神秘物质构成了宇宙中大部分物质，但我们对其性质知之甚少。可以理解，天文学家渴望开始收听早期宇宙的宇宙无线电频道。”