观察26厘米 无线电 由于宇宙氢的超精细转变而形成的信号为研究早期 宇宙。至于婴儿的中性时期 宇宙 当没有光发出时，26厘米的线也许只是窗口。然而，这些红移 无线电 早期宇宙氢发出的信号 宇宙 非常微弱，迄今为止一直难以捉摸。 2018年，EDGE实验报告检测到26厘米信号，但该结果无法得到独立证实。主要问题是仪器系统和来自天空的其他信号的污染。 REACH实验就是采用独特的方法来克服瓶颈。希望该研究小组在不久的将来能够可靠地检测到这些难以捉摸的信号。如果成功，REACH实验可能会将“26厘米射电天文学”推向早期研究的前沿 宇宙 并帮助我们解开早期的谜团 宇宙.
当谈到研究时 早期宇宙, 最近推出的名称 詹姆斯韦伯太空望远镜 (JWST) 出现在我们的脑海中。 西太平洋标准时间，非常成功的继承者 哈勃 望远镜，是一个 空间红外天文台，用于捕获来自早期恒星和星系的光学/红外信号 宇宙 大爆炸后不久1。 然而， 西太平洋标准时间 就从中立时期获取信号而言存在一些限制 早期宇宙 被关注到。
表：历史上的各个时期 宇宙 自从大爆炸以来
（来源：宇宙学哲学 - 21 厘米背景。可在 http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/images/21-cm-background.jpg)
大爆炸后长达 380 万年 宇宙 充满电离气体并且完全不透明。 380万至400亿年间， 宇宙 变得中立和透明。再电离时代从大爆炸后 400 亿开始的这个阶段开始。
在早期的中立时期 宇宙中，当 宇宙 充满中性气体且透明，不发出光信号（因此称为黑暗时代）。工会化的材料不发光。这对早期研究提出了挑战 宇宙 中立时代。然而，在此时期，由于超精细跃迁（从平行自旋到更稳定的反平行自旋），冷中性宇宙氢发出的 21 厘米波长（相当于 1420 MHz）的微波辐射为研究人员提供了机会。这种 21 厘米微波辐射在到达地球后会发生红移，并以无线电波的形式在 200MHz 至 10 MHz 频率下被观测到2,3.
21厘米射电天文学： 21厘米宇宙氢信号的观测为早期宇宙氢信号的研究提供了另一种方法 宇宙 特别是没有任何光发射的中性历元阶段。这也可以告诉我们新的物理学，例如物质随时间的分布、暗能量、暗物质、中微子质量和膨胀2.
然而，早期宇宙氢发出的 21 厘米信号 宇宙 相是难以捉摸的。预计它会极其微弱（比同样从天空发出的其他无线电信号弱约十万倍）。因此，这种方法仍处于起步阶段。
2018 年，研究人员报告了在 78 MHz 频率下检测到这样一个无线电信号，其轮廓与原始宇宙氢发射的 21 厘米信号的预期基本一致4. 但这种对原始 21 厘米无线电信号的检测无法独立确认，因此目前无法确定实验的可靠性。 主要问题似乎是前景无线电信号的污染。
最新的里程碑是21年2022月21日的宇宙氢分析无线电实验（REACH）报告。REACH将使用新的实验方法来探测这些微弱难以捉摸的宇宙无线电信号，从而为XNUMX厘米宇宙信号的确认提供新的希望。
The Radio Experiment for the Analysis of Cosmic Hydrogen (REACH) is a sky-averaged 21-cm experiment. This aims to improve observations by managing issues faced by instruments related to residual systematic signals in the data. It focusses on detecting and jointly explaining the systematics together with the foregrounds and the cosmological signal using Bayesian statistics. The 实验 involves simultaneous observations with two different antennas, an ultra-wideband system (redshift range about 7.5 to 28) and a receiver calibrator based on in-field measurements.
这一发展意义重大，因为它有可能成为最好的工具之一（并且相对于其他工具而言也具有成本效益） 空间诸如此类的天文台 詹姆斯·韦伯）用于早期研究 宇宙 以及引入新的基础物理学的可能性。
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参考文献：
- Prasad U., 2021.James Webb 太空望远镜 (JWST)：第一个致力于研究早期宇宙的太空天文台。 科学欧洲. 6 年 2021 月 XNUMX 日发布。可在 http://scientificeuropean.co.uk/sciences/space/james-webb-space-telescope-jwst-the-first-space-observatory-dedicated-to-the-study-of-early-universe/
- Pritchard JA 和 Loeb A.，2012。21 世纪的 21 厘米宇宙学。 物理进展报告 75 086901。可在 https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/75/8/086901. arXiv 上的预印本可在 https://arxiv.org/abs/1109.6012 pdf版本 https://arxiv.org/pdf/1109.6012.pdf
- 牛津大学。 宇宙学哲学 - 21 厘米背景。 可在 http://philosophy-of-cosmology.ox.ac.uk/21cm-background.html
- Bowman, J., Rogers, A., Monsalve, R. 等人。 在天空平均光谱中以 78 兆赫为中心的吸收分布。 自然 555, 67–70 (2018)。 https://doi.org/10.1038/nature25792
- de Lera Acedo, E., de Villiers, DIL, Razavi-Ghods, N. 等。 用于检测红移 z ≈ 21–7.5 的 28 厘米氢信号的 REACH 辐射计。 国家天文台 (2022)。 https://doi.org/10.1038/s41550-022-01709-9
- Eloy de Lera Acedo 2022。用 REACH 辐射计揭开婴儿宇宙的奥秘。 可在线获取 https://astronomycommunity.nature.com/posts/u
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