包括麻省理工學院的杰奎琳-休伊特和尼古拉斯-克恩在內的科學家們分享了期待已久的結果：我們越來越接近了解宇宙的第一顆恆星。在歷史上，人類一直在創造和分享思考恆星創造的故事–它們是什麼以及第一批恆星是如何產生的。

現在，隨著位於南非卡魯天文保護區的射電望遠鏡–氫化紀元陣列（HERA）的新結果，麻省理工學院的科學家們離了解這一歷史又近了一小步，但意義重大。

HERA研究人員正在尋找恆星形成和星系結構的最早跡象。具體來說，包括麻省理工學院Julius A. Stratton物理學教授Jacqueline Hewitt在內的科學家們正試圖了解在大爆炸後約4億年發生的被稱為宇宙黎明的時期發生了什麼。2021年初秋，休伊特、麻省理工學院卡夫里天體物理學和空間研究所的帕帕拉多物理學研究員尼古拉斯·克恩以及其他來自國際合作的研究人員最終確定了期待已久的結果，這些結果是在HERA望遠鏡建造的第一階段收集和分析的，為期四年。

他們的研究報告於2022年2月7日發表在《天體物理學雜誌》上，對來自宇宙氫氣的無線電信號提出了新的上限，這表明早期恆星的形成，並使科學家對第一批恆星和星系的形成時間有了更清晰的認識。這些發現縮小了對宇宙黎明的起源進行假設的理論模型。

HERA的發現之所以如此重要，部分是因為它們是在HERA發展的早期階段收集的。該望遠鏡作為一個無線電天線陣列運行，目前僅有其最終規模的一小部分–這些數據是從HERA的52個部署的天線中的39個收集的。在其完整的形式下，總共將有350個天線。一旦完全建成，HERA將足夠敏感，可以從更遠的地方收集更大的數據集和信息，從而進一步追溯到過去。

為了回顧宇宙的黎明，HERA使用低頻無線電波來識別不容易觀察到的信號。這與其他望遠鏡不同，比如哈勃太空望遠鏡，它觀察的是像星系這樣的結構，而這些結構只佔太空中可觀測物質的5%。其他95%的物質是星系之間的物質，包括低密度的氫。通過HERA，科學家們可以觀察星系之間的情況，並利用這些信息來推斷我們無法觀察到的星係正在做什麼，以及星系的形成如何影響它周圍的空間。

HERA合作項目的成員在一次科學會議上。HERA團隊由來自美國、加拿大、歐洲和南非的機構組成。

為了了解宇宙歷史上的這段時期，科學家們正在尋找”自旋翻轉信號”，也被稱為21厘米線，它是中性氫氣的波長。這種無線電信號來自星系之間的星際物質，是由氫原子通過這種轉變發出的發射和/或吸收產生的。

確定”重振紀元”，或觀察到信號的時間，才是重要的事情。天文學家想知道[信號]是在吸收中，這意味著它在X射線之前，還是在發射中，也就是在X射線之後，並且想看看它是否因為重離子化而消失。

該信號有兩個特徵，或過程，可以被捕獲。當恆星加熱氫氣時，該信號首先被改變。第二部分，也就是HERA迄今為止一直在尋找的，是21厘米信號的消失，這發生在氫氣被額外的恆星形成產生的能量電離的時候。這個信號表明恆星已經被創造出來。

來自宇宙黎明的21厘米線還沒有被明確地探測到。然而，來自HERA的新結果提供了關於宇宙5億年時自旋翻轉信號的性質的數據–比以前的結果要敏感10倍。

有了這些結果，HERA團隊已經能夠提供證據，排除關於星系形成的幾種可能理論。最值得注意的是，這些數據顯示，一定有某種機制來加熱空間中的氫氣，這意味著星系一定有黑洞。

在戈登和貝蒂-摩爾基金會以及美國國家科學基金會的資助下，HERA將在350個天線下運行，並採用新的天線設計，使望遠鏡能夠捕捉更低頻率的無線電波和更高紅移的觀測點，有效地看到更遠的時間。

Hewitt是擴大HERA信號容量的項目負責人，自2004年以來一直在研究最早的恆星何時形成的問題。她領導了新的低頻組件的原型設計，並正在開發更多的技術來分析當前和未來的數據集。來自劍橋大學的新天線設計，應該在2022年初安裝，並將極大地增加他們能夠獲得的信息範圍。