天空平均谱中以 78 兆赫为中心的吸收轮廓
宇宙学与河外天体物理
2018-10-16 v1 天体物理仪器与方法
摘要
在早期宇宙中恒星形成后，其紫外光预期最终会穿透原初氢气体并改变其 21 厘米超精细谱线的激发态。这种改变将使气体从宇宙微波背景吸收光子，产生今日应在低于 200 兆赫射电频率处可观测到的光谱畸变。在此我们报告在天空平均射电谱中探测到一个平坦的吸收轮廓，其中心频率为 78 兆赫，最佳拟合半高全宽为 19 兆赫，振幅为 0.5 开尔文。该轮廓大体上与早期恒星诱发的 21 厘米信号的预期一致，然而其最佳拟合振幅大于最大预言值两倍以上。这一差异表明要么原初气体比预期冷得多，要么背景辐射温度比预期热得多。天体物理现象（如来自恒星和恒星遗迹的辐射）不太可能解释该差异；在已提出的宇宙学与粒子物理标准模型扩展中，仅暗物质与重子相互作用导致的气体冷却似乎能解释观测振幅。观测轮廓的低频边缘表明恒星在宇宙大爆炸后 1.8 亿年已存在并产生莱曼-alpha 光子背景。高频边缘表明气体在不到 1 亿年后被加热至高于辐射温度。
引用
@article{arxiv.1810.05912,
title = {An absorption profile centred at 78 megahertz in the sky-averaged spectrum},
author = {Judd D. Bowman and Alan E. E. Rogers and Raul A. Monsalve and Thomas J. Mozdzen and Nivedita Mahesh},
journal= {arXiv preprint arXiv:1810.05912},
year = {2018}
}
备注
Accepted version of article published March 1, 2018. Full edited version available through Nature Springer SharedIt at: http://rdcu.be/H0pE