探秘宇宙起源！我天文学家发现“一箭双雕”宇宙学探针

　　北京时间2023年7月7日凌晨，国际学术期刊《自然·天文》在线发表了中国科学院国家天文台和东北大学合作研究的一项重大成果。这项理论研究提出，利用宇宙黎明时期21厘米森林信号的一维功率谱测量，未来的平方公里阵列射电望远镜（SKA）将能够同时揭秘宇宙第一代星系和暗物质的性质。中科院国家天文台徐怡冬副研究员、陈学雷研究员和东北大学张鑫教授为论文共同通讯作者。

　　宇宙中第一代星系是如何形成的？它们如何照亮黑暗时代并迎来宇宙黎明？宇宙早期的星系际介质是如何被第一代星系电离并加热的？这些问题一直是天文学领域致力于解答的重大科学难题。中性氢的21厘米谱线为宇宙黎明与第一代星系提供了独一无二的探测手段，利用21厘米谱线探测宇宙黎明与再电离也是平方公里阵列射电望远镜（SKA）最重要的科学目标之一。

　　中性氢的21厘米信号有多种观测模式。常见的观测模式是以宇宙微波背景辐射为背景源的21厘米信号测量。同时，宇宙早期各种结构及其周围的氢原子气体会在高红移射电点源的光谱上产生密集的21厘米吸收线，这些吸收线丛被形象地称为21厘米森林。由于信号微弱，且依赖于宇宙黎明时期的射电亮源的获取，多年来21厘米森林探测面临极大挑战。另一方面，21厘米森林信号同时受到第一代星系加热效应和暗物质性质的影响，观测上很难区分这两种效应，使得21厘米森林探测在提出以来的二十多年中，难以实际用于限制第一代星系的热效应或暗物质的性质。