它们可能是地球上最强大的望远镜。它们没有穹顶、巨大的镜面和可操纵的射电接受碟,只有简单的天线零散阵列,它们中一些可能只有1人高,一些看上去就像机器蜘蛛或奇异的花园家具。分别位于北欧、南非和澳大利亚的这些天线阵列并不指向特定的天空目标。相反,它们被动地接收发射过来的信号,并将信号传输给真正的探测工具——超级计算机。
而这些设备有着超凡脱俗的目标。它们在追溯宇宙历史之初的景象,也许能看到的并不多:只有若干极早期的恒星和星系。它们的猎物不是分散的光点,而是弥散的气体海洋,这里曾发生了意义重大的变化。
寻找宇宙起源
大爆炸发生约40万年后,宇宙膨胀冷却了其创建之初形成的粒子和能量旋涡。结果是出现了主要由氢组成的气体黑雾,宇宙“黑暗时代”开始了,这些气体延续了数百万年,之后慢慢形成恒星和星系。
天文学家现在能看到的最远星系出现于距离大爆炸约10亿年后,位于一个充满电离氢的宇宙中,正如光线出现一样,一些东西电离了宇宙中所有的氢。最可能的“黑手”就是早期的恒星和星系,但要做到这些,它们必须跟现在恒星和星系截然不同:更大、更暴力、更独特。天文学家迫切地希望了解更多,但从130亿光年外分散的光线中收集到的资料并不多。
但1997年,英国天文学家Martin Rees及其同事Piero Madau和Avery Meiksin建议天文学家寻找早期中性氢的信号。在一个氢原子中,中间的质子和外层围绕的电子通常有相反的磁定向。当某些能量源将它们弹入相同方向后,原子会释放出波长21厘米的微波光子。
跟中性气体不同,电离氢不会释放出这样的辐射。Rees等人认为,如果天文学家能够探测到来自宇宙“再电离时期”(EoR)的21厘米的辐射,他们可能看到了电离氢的无辐射“气泡”。这些气泡的大小和分布将提供有关来源和再电离时间的信息。
天文学家开始考虑探测这类信号需要什么。随着来自EoR 21厘米的辐射穿越宇宙,宇宙膨胀会将其波长延伸到约2米。传统的射电望远镜大多无视此类波长,而为此特制的碟形天线则异乎寻常的大。但还有另一种方法:一个简单天线阵列和高负荷数字运算。正如美国加州大学伯克利分校天体物理学家Don Backer当时所说的:“所有你需要的是曲别针和超级计算机。”
“普通”的守望者