天文学家捕捉到宇宙第一代恒星发出的辐射信号，其强度远超预期，意味着早期宇宙的温度比当前理论估计的更低，暗示早期宇宙大降温或与原始氢气和暗物质之间的相互作用有关。
艺术家描绘宇宙中第一颗恒星的样子
科学家因为受到技术因素的限制，长久以来都无法对宇宙的早期历史进行研究，最近，在新科技设备的帮助下，研究人员终于实现了对早期宇宙部分情况的探测研究，他们取得的研究结果极为惊人：在早期宇宙的第一批恒星形成之前，年轻宇宙的温度要比天文学家之前想象的低得多。
最近刊发于《自然》杂志的一篇新研究报告称，在宇宙形成的早期阶段，正常物质和神秘的暗物质之间可能会发生相互作用，这种未曾进行过认真研究的相互作用，导致原始宇宙发生降温。
到目前为止，科学家还不能够直接观察到暗物质，他们只有通过观测暗物质所造成的引力影响，来推测暗物质的存在。如果刊发于《自然》杂志的这篇研究报告最终被确认属实，这将是科学家第一次通过引力影响之外的方法探测到暗物质。
微弱信号来自于早期宇宙中的氢气
获得这一发现的研究人员通过实验，检测发现了微弱的无线电信号，这些无线电信号来自于大爆炸1.8亿年之后年轻宇宙中的原始氢气。
“我们观测到的无线电信号，是宇宙中最早形成的氢元素释放出来的，这些氢气形成之时，也恰恰是宇宙中最早一批原始恒星形成的关键时期，”麻省理工学院海斯塔克天文台研究员艾伦·罗杰斯说。
在宇宙形成的最初时期，整个宇宙都是黑暗的，充满着氢气。随着时间推移，部分氢气开始聚集形成恒星，恒星质量达到一定程度时，就会在恒星内部发生核聚变反应，核聚变释放的能量开始导致恒星发光发热，进而对恒星周围的氢气造成影响，导致原始氢气释放出可以被观测到的辐射信号。
为了观测这些来自于宇宙年轻时期的极端微弱信号，罗杰斯及其同事使用装备有无线电天线的科研设备，在西澳大利亚地区进行了一项无线电信号观测研究。西澳大利亚地区远离城市、无线电发射台、电视台以及移动电话网络，能够避免观测工作受到人为无线电信号的干扰，是世界上最好的无线电静默区之一。
澳大利亚联邦科学与工业研究组织的默奇森射电天文台在西澳大利亚地区部署的宇宙再电离时期特征信号监测试验（EDGES）无线电光谱仪。
原始氢气大降温导致信号强度较大
研究人员在数年之前就开始监测无线电信号，但当时发现的信号特征并不符合研究人员的预期。
“我们的研究小组包括了理论物理学家，他们的研究成果让我们提前预知了早期恒星释放的无线电信号所应具备的相关特征。我们在刚开始时获得的观测情况与理论研究结果并不一致，”科罗拉多大学博尔德分校的劳尔·蒙萨尔维说：“实际观测到的无线电信号幅度要比理论研究结果大得多。”
研究人员提出了一个最有可能的假设，试图对观测情况与理论预测结果存在不一致的情况进行解释，他们认为，早期宇宙中氢气的温度仅为理论物理学家之前预测的一半，当时氢气的温度大约为零下270摄氏度。
“得出这一解释，计算发现这一温度，让我们感到极为兴奋，但这一温度极为接近于绝对零度，因此我们都知道，必须对这一假设性解释进行多次验证测试，”研究小组中的一名研究生尼维迪塔·马赫什说。
研究小组的验证测试工作持续了数月时间，均未发现假设性解释有错误之处，因此，科学家开始提出了这样的一个疑问，早期宇宙中氢气的温度要比理论物理学家之前的低一半，那究竟是什么因素或物质导致早期宇宙出现降温情况的呢？亚利桑那州立大学的贾德·鲍曼同以色列特拉维夫大学的伦南·巴尔卡那对此进行了研究，并取得了极为奇怪的发现。
突然意识到的真相：或许暗物质的作用使氢气降温
“研究发现让我大吃一惊，同时也让我感到一点点怀疑，”巴尔卡那说：“具体情况是，科学家在此之前对信号幅度的可能最大值范围进行了预测，但实际观测发现的无线电信号超出了这一最大值范围。”
得出这一发现的一天之后，巴尔卡那于周五下午驾车与妻子一起前往看望岳父母，巴尔卡那在驾车途中向妻子讲述了蕴绕在心头的疑问。“说着说着，我突然意识到，能够让早期宇宙温度降低的唯一合理解释就是暗物质，”他说。
“宇宙中的暗物质一直以来都是一个神秘的存在，”巴尔卡那说：“我们所知道的就是，宇宙中的大部分物质都是以暗物质形式存在的，理论研究认为，宇宙暗物质的总质量是普通物质的6倍，但我们无法直接观测到暗物质，也无从了解暗物质的性质属性。”
目前，科学家只能通过观测暗物质造成的引力影响，才能够发现暗物质的存在。“除了引力影响之外，我们还没有其他更好的观测方法，”他说。
之后，他开始将暗物质这一概念同早期恒星的相关研究联系在一起进行思考，并进行了一些计算工作。巴尔卡那发现，按照观测结果推算，暗物质粒子的质量同人们之前的理论预测情况相比要轻的多，氢气能够与暗物质粒子发生相互作用，并在这一过程中降温冷却。
研究结果尚需得到其他小组的确认
哈佛大学的科学家林肯·格林希尔针对这项新研究报告为《自然》杂志撰写了一篇评论，他在文章中说：“宇宙破晓之时释放的可检测无线电信号与暗物质的粒子性质存在关联，这一命题为深入研究基础物理学提供了一个具有潜在革命性的研究角度。”
这类研究工作有一个惯例，需要有另一个研究小组独立地监测发现同一无线电信号，只有两个不同的研究小组都独立地得到了相同的观测发现，才能够确认收到的信号确实来自于早期宇宙。
“我们取得的观测结果绝对需要得到其他独立研究小组的确认，这一点非常重要，这一点绝对重要，”罗杰斯说。
但是，如果实际观测同理论预测之间的温度差异继续存在，那么，这种涉及暗物质的解释可能也存在问题，对这一解释的争论将会真正开始。
“这个研究发现非常有趣，也非常让人兴奋，”北卡罗莱纳州立大学的天体物理学家卡蒂·麦克说：“该研究成果同目前所有可用的天体物理学模型的预测结果都不一样。”
本次发现的无线电信号是除宇宙微波背景辐射之外所观测到的最古老的信号
麦克称，宇宙大爆炸之后，留下了持续百亿年的余晖，这种余晖就是所谓的宇宙微波背景辐射，除了这种辐射之外，本次观测发现的无线电信号，是科学家迄今为止所能观测到的最古老的宇宙辐射信号。
宇宙微波背景辐射
“在所有的天体物理学观测结果中，这次观测发现的辐射信号是最为古老的，”卡蒂·麦克说：“这种信号是宇宙中最早期恒星及最早期黑洞所释放的特征性辐射信号。这比宇宙中的其他信号都要古老得多。”
根据大爆炸理论，大约 138 亿年前宇宙发生了大爆炸，从一个极紧密、极炽热的奇点不断膨胀至现在的状态。宇宙诞生后不久便陷入黑暗时期，光被隐匿在混沌中，中性氢原子阻挡了光线，直到物质开始聚集，并在极高压力下压缩成足以发生核融合的核心，第一批恒星至此开始闪烁。
暗物质在早期宇宙的降温过程中发挥了作用，这一观点让人感到非常有趣。卡蒂·麦克说：“如果本次研究结果确实属实的话，这将意味着我们第一次在暗物质及其他物质之间发现了非引力性质的相互作用，这一研究成果也将第一次证明，暗物质并非只会安静地在宇宙中散发引力，它还会在引力之外对其他物质造成影响。”
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