加州理工學院的一個名為COMAP的新項目將為我們提供一個關於星系形成早期時代的新視角。在我們的宇宙誕生後大約4億年的某個時候，第一批恆星開始形成。這標誌著宇宙所謂的黑暗時代的結束，一個充滿光明的新時代開始了。隨著時間的推移，越來越多的星系開始成形，並成為製造新恆星的“工廠”。這個過程在大爆炸後大約40億年達到了一個高峰。

對天文學家來說，幸運的是，這個已經過去的時代仍然可以被觀察到。遙遠的光線需要時間才能到達我們這裡，強大的望遠鏡可以捕捉到數十億年前的星系和恆星發出的光線（我們的宇宙有138億年的歷史）。然而，我們宇宙歷史上的“這一章節”的細節是模糊的，因為當時正在形成的大多數恆星都很微弱，被塵埃所掩蓋。

加州理工學院的COMAP（CO Mapping Array Project）項目，將向我們展示對星系形成這一時代的新一瞥。它將有助於回答關於到底是什麼導致了宇宙中恆星產量的快速增長。

該項目的主要研究者、加州理工學院歐文斯谷射電天文台（OVRO）的副主任Kieran Cleary說：“在觀察這一時期的星係時，大多數儀器可能會看到’冰山一角’。但是COMAP將看到隱藏在下面的東西。”

在項目的當前階段，OVRO的10.4米“Leighton”射電盤被用來研究分佈在空間和時間上的最常見的各種星系形成的星系。這包括那些因為太暗或被塵埃掩蓋而很難用其他方式觀察的星系。無線電觀測追踪冷氫氣體，這是製造恆星的原材料。這種氣體不容易直接定位，因此COMAP測量來自一氧化碳氣體的明亮的無線電信號，這種氣體總是與氫氣一起存在。COMAP的無線電相機是有史以來為探測這些無線電信號而建造的最強大的相機。

該項目的第一批科學成果剛剛在《天體物理學雜誌》上發表了七篇論文。根據計劃中的五年調查一年後的觀測結果，COMAP對所研究的星系中必須存在多少冷氣體設定了上限，包括那些通常太暗和塵埃太多無法看到的星系。雖然該項目還沒有直接探測到一氧化碳信號，但這些早期結果表明，它有望在最初的五年調查結束時做到這一點，並最終將描繪出迄今為止最全面的宇宙恆星形成史。

“展望項目的未來，我們的目標是利用這種技術連續地在時間上看得越來越遠，”Cleary說。“從大爆炸後40億年開始，我們將不斷地往後推，直到我們到達第一批恆星和星系的時代，也就是幾十億年前。”

共同主要研究者、羅賓遜天文學榮譽教授Anthony Readhead說，COMAP不僅會看到恆星和星系的第一個紀元，而且還會看到它們的史詩般的衰落。他說：“我們將觀察到恆星形成像海潮一樣的起伏。”

COMAP的工作方式是捕捉宇宙時間內星系團的模糊無線電圖像，而不是單個星系的清晰圖像。這種模糊性使天文學家能夠有效地捕捉到來自更大的星系池的所有射電光，甚至是那些從未見過的最微弱和最多灰塵的星系。

“通過這種方式，我們可以找到典型的、微弱的星系的平均屬性，而不需要非常精確地知道任何單個星系的位置，”Cleary解釋說。“這就像用溫度計找到大量水的溫度，而不是分析單個水分子的運動。”