編輯：David 昕朋

【新智元導讀】太空探索新紀元！人類史上首次收到了90億光年之遙的無線電信號。這次不是外星人，但下次呢...

今天，一則「印度研究人員首次收到90億光年外無線電信號」的新聞點爆網絡，高居知乎熱榜第一。

截止發稿時，該話題瀏覽量已破百萬，回答數量破百。

不論是去年的JWST望遠鏡，還是近日熱播的《三體》，世界人民對地外文明的興趣從來是與日漸增。

這次，人類如願了嗎？

來自90億光年的無線電信號

近日，麥吉爾大學和印度科學研究所的研究人員表示，他們已經捕獲了迄今為止最遙遠星系的無線電信號。

這是人類首次在如此遠的距離內檢測到這種類型的無線電信號。麥吉爾大學發文稱，這個無線電波可以讓天文學家們「回到過去」，了解早期的宇宙，開始研究一些最早的恆星和星系。

該項研究的作者是麥吉爾大學博士後研究員Arnab Chakraborty和印度科學研究所副教授Nirupam Roy。研究見刊於天文學頂刊《皇家天文學會月報》（MNRAS）。

論文連結：

https://academic.oup.com/mnras/article/519/3/4074/6958817?login=false

該研究的意義在於首次用引力透鏡效應，在紅移z=1.3（近90億年前）的恆星形成星系探測到H I 21厘米譜線。在此之前，研究人員探測到的最遙遠的21cm譜線信號是紅移z=0.4（近50億光年）。

所謂的21厘米譜線，全稱為中性氫21厘米譜線（celestial 21 cm-hydrogen line）。它也被稱為「氫線」，是頻率為1420的電磁輻射譜線。

氫原子在它的基態，有兩個超精細結構子能級。星際物質中處於基態的中性氫原子的碰撞結果，在這兩個子能級間引起躍遷，便形成21厘米譜線的輻射。

21厘米譜線是射電天文觀測到的第一條譜線，也是最重要的譜線之一。它是研究星際中性氫原子分布、銀河系和河外星繫結構的重要手段。

研究人員表示，望遠鏡能夠接收遙遠的信號，因為它被位於信號和望遠鏡之間的另一個星系彎曲。Nirupam Roy稱，在引力透鏡效應下，無線電信號放大了30倍，使望遠鏡能夠成功接收。

引力透鏡效應是愛因斯坦的廣義相對論所預言的一種現象。由於時空在大質量天體附近會發生畸變，使得光線經過大質量天體附近時發生彎曲。

如果在觀測者到光源的直線上有一個大質量的天體，則觀測者會看到由於光線彎曲而形成的一個或多個像，這種現象稱之為引力透鏡現象。

模擬引力透鏡

不是外星人，是古元素

這個信號是由位於印度浦那的巨型元波射電望遠鏡探測到的。該望遠鏡由30個指向天空的碟形天線組成，每個天線的直徑接近150英尺。

這是地球上的工具所記錄到的最遙遠的信號，來自一個名為SDSSJ0826+5630的星系，位於近90億光年之外。

但它不是E.T.外星人打電話回家。對科學家來說，它打開了一扇通往過去的窗口，讓我們看到宇宙在其年齡的三分之一時的樣子（即137億年：大爆炸後的估計時間）。

研究人員表示，這個有88億年歷史的無線電波並非來自一個古老的外星人種族，而是來自宇宙最原始的元素之一：中性氫，它是在宇宙誕生後約40萬年從大爆炸的碎片中形成的。

在宇宙形成早期，中性氫原子云散布在宇宙各處，那是天文學家所說的 「黑暗時代」——第一批明亮的恆星和星系從天體塵埃中出現之前的時代。而中性氫正是這些恆星和星系出現的「燃料」。

「中性氫氣庫為星系中的恆星形成提供了基本的燃料，」發表在《皇家天文學會月刊》上的一份關於該望遠鏡發現的研究報告這樣寫道。「要想了解星系在宇宙中的演變，就需要了解這種中性氣體在宇宙中的演變。」

幾十年來，科學家們一直在尋找中性氫的痕跡，希望根據這些痕跡確定第一批恆星和星系是何時以及如何出現的。但是多年來，搜尋工作成果有限，因為這些電磁信號很難穿越更長的空間和時間到達地球。

據LiveScience報導，中性氫原子發出的電磁輻射的波長為21厘米，屬於無線電波的範疇。其較長的波長和較低的頻率更有可能被淹沒在宇宙的靜態中。

這次發現，創造了人類接收到宇宙空間信號距離的最遠紀錄，之前，人類檢測到的最遠的同類信號來自44億光年之外。

愛因斯坦又是對的

為了捕捉來自兩倍距離的信號，研究人員借鑑了愛因斯坦的相對論，該理論認為物質和能量的引力可以扭曲空間和時間。

按照相對論，存在一種名為「引力透鏡」的效應，在這種效應中，一個巨大的質量體，比如這次的信號源星系SDSSJ0826+5630，可能會扭曲一個遙遠的無線電信號的路徑，變成我們星球的探測器可以探測到的規模。

印度科學研究所物理學副教授、論文的共同作者Nirupam Roy在一份聲明中說：

「引力透鏡放大了來自遙遠物體的信號，幫助我們窺探早期宇宙。在這種情況下，信號因目標和觀察者之間存在另一個大質量體，即另一個星系而發生彎曲。這導致信號被放大了30倍，使地球上的望遠鏡能夠接收到」。

該信號讓科學家能夠測量遙遠星系的氣體成分，據估計，該星系的質量是從地球上可見的任何恆星的兩倍。

而這只是一個開始，研究人員試圖進一步理清隱藏在我們曾經無法掌控的太空深處的宇宙歷史線索。

「一個星系會發出多種不同的無線電信號。」

該研究的主要作者Arnab Chakraborty表示，到目前為止，我們只能從附近的星系中捕捉到這種特殊的信號，我們的知識和眼界僅僅限制在那些離地球更近的星系。但這次，在引力透鏡的幫助下，我們可以從破紀錄的距離上捕捉到一個微弱的信號。這將幫助我們了解距離地球更遠的星系的構成。

前進！前進！

這不是科學家第一次收到來自外層空間的神秘信號。

去年7月，麻省理工學院以及美國和加拿大其他大學的天文學家，檢測到來自一個起源不明天體物理學的遙遠星系的持續信號，2020年，來自半人馬座近端的神秘信號掀起了波瀾。

但是，這些信號是否意味著我們並不孤單？至少現在，答案是否定的——儘管人們已經向太空發送了信號。

據Nature雜誌報導，研究人員在2021年稱，半人馬座比鄰星信號可能來源於「人造無線電干擾」，「快速射電暴」信號的來源可能是無線電脈衝星或磁星，兩者都是中子星的類型。

麻省理工學院卡夫利天體物理學和空間研究所博士後Daniele Michilli表示，宇宙中能嚴格按照周期發射信號的星體並不多。

「在我們自己的銀河系中，我們了解的案例是無線電脈衝星和磁星。我們認為這個新信號可能是小行星上的磁體或脈衝星。」

研究人員收到來自90億光年外的無線電信號，像是瞥見了早期宇宙中的一次閃爍。

而捕捉這一閃爍，或許需要全人類的智慧。

參考資料：

https://www.cbsnews.com/news/radio-signal-9-billion-light-years-away-captured-telescope-india-giant-metrewave-radio-telescope/

https://www.foxnews.com/science/radio-signal-9-billion-light-years-away-what-it-means-where-it-came-from

https://www.fastcompany.com/90838348/space-hydrogen-radio-signal-light-years-away

https://www.mcgill.ca/newsroom/channels/news/astronomers-capture-radio-signal-distant-galaxy-344925