研究人員已經能夠在對宇宙黎明的首批天體物理學研究中對第一批存在的星係做出一些關鍵的確定，”宇宙黎明”是指早期宇宙中第一批恆星和星系形成的時期。利用來自印度SARAS3射電望遠鏡的數據，劍橋大學領導的團隊能夠觀察到非常早期的宇宙，即大爆炸後僅僅2億年，並對第一批恆星和星系的質量和能量輸出進行了限制。

與此相反的是，研究人員通過沒有發現他們一直在尋找的信號，即所謂的21厘米氫線，能夠對最早的星系進行這些限制。

這種未被發現的情況使研究人員能夠對宇宙的黎明做出其他判斷，對最早的星系進行限制，使他們能夠排除一些情況，包括星係是宇宙氣體的低效加熱器和無線電發射的有效生產者。

雖然我們還不能直接觀察到這些早期星系，但《自然-天文學》雜誌上報導的這些結果代表了理解我們的宇宙是如何從大部分虛無過渡到充滿恆星的一個重要步驟。

了解早期宇宙，即第一批恆星和星系形成的時間是新的觀測站的主要目標之一。使用SARAS3數據獲得的結果是一項概念驗證研究，為了解宇宙發展的這一時期鋪平了道路。

SKA項目–涉及兩台將在本世紀末完成的下一代望遠鏡–將有可能製作出早期宇宙的圖像，但是對於目前的望遠鏡來說，挑戰在於探測厚厚的氫雲重新輻射出來的第一批恆星的宇宙學信號。

這個信號被稱為21厘米線–由早期宇宙中的氫原子產生的無線電信號。與最近發射的JWST（韋伯望遠鏡）不同，JWST將能夠直接對早期宇宙中的單個星系進行成像，而用射電望遠鏡，如劍橋大學領導的REACH（分析宇宙氫的無線電實驗）對21厘米線進行的研究，能夠告訴我們關於甚至更早的星系的整個群體。預計在2023年初，REACH會有第一個結果。

為了探測21厘米線，天文學家們尋找早期宇宙中氫原子產生的無線電信號，該信號受到第一批恆星的光和氫霧背後的輻射的影響。今年早些時候，同樣的研究人員開發了一種方法，他們說這將使他們能夠看穿早期宇宙的霧氣，並探測到來自第一批恆星的光，這些技術中的一些已經在目前的研究中得到了實踐。

2018年，另一個操作EDGES實驗的研究小組發表了一項結果，暗示可能探測到這種最早的光。與早期宇宙最簡單的天體物理學圖景中的預期相比，報告的信號異常強烈。最近，SARAS3的數據對這一探測提出了異議：EDGES的結果仍在等待獨立觀測的確認。

在對SARAS3數據的重新分析中，劍橋大學領導的團隊測試了各種有可能解釋EDGES結果的天體物理情景，但他們沒有發現相應的信號。相反，該小組能夠對第一批恆星和星系的屬性做出一些限制。SARAS3的分析結果是第一次對平均21厘米線的無線電觀測能夠以限制其主要物理屬性的形式提供對第一批星係屬性的洞察。

與印度、澳大利亞和以色列的合作者合作，劍橋大學的團隊使用來自SARAS3實驗的數據來尋找來自宇宙黎明的信號，當時第一批星系形成。利用統計建模技術，研究人員無法在SARAS3數據中找到一個信號。劍橋大學卡文迪什實驗室的博士生、該論文的第一作者哈里-貝文斯說：”我們正在尋找一個具有一定振幅的信號。但是通過沒有找到這個信號，我們可以對其深度進行限制。這反過來又開始告訴我們第一批星系的亮度如何。”

“我們的分析表明，氫信號可以讓我們了解第一批恆星和星系的數量，”來自劍橋大學天文學研究所的共同領銜作者阿納斯塔西婭-菲亞爾科夫博士說。”我們的分析對第一批光源的一些關鍵屬性進行了限制，包括最早的星系的質量以及這些星系能夠形成恆星的效率。我們還解決了這些光源如何有效地發射X射線、無線電和紫外線輻射的問題。”

同樣來自卡文迪什實驗室的Eloy de Lera Acedo博士說：”這是我們的一個早期步驟，我們希望這將是一個發現宇宙如何從黑暗和空虛過渡到我們今天從地球上可以看到的恆星、星系和其他天體的複雜領域的十年，”他共同領導這項研究。

de Lera Acedo說：”我們的數據還揭示了一些以前被暗示過的東西，那就是最早的恆星和星係可能對背景輻射有可測量的貢獻，這些背景輻射是由於大爆炸而出現的，並且從那時起就一直向我們傳播。能夠在如此遙遠的年代–大爆炸後僅僅2億年–查看並了解早期宇宙的情況，這真是令人驚奇。”