约束在任何科学事业中都是至关重要的。 如果一个假设预测应该有一个可观察到的现象，但没有任何痕迹，那就很清楚地表明该假设是错误的。 即使是错误的假设也能推动科学向前发展。 天文学也是如此，尤其是对早期宇宙的探索。 剑桥大学的研究人员及其同事撰写的一篇论文现在对早期星系的发展提出了特别有用的限制，这已成为最近天文学的热门话题。
成为热门话题的部分原因是，我们第一次开始使用能够回望那么远的望远镜。 詹姆斯·韦伯太空望远镜激发了人们对能够窥视最早的恒星的希望。 然而，虽然该仪器仍处于数据收集阶段，但许多其他功能强大的望远镜也可以提供一些见解。
其中之一是 SARAS3 射电望远镜，它部署在印度的一个湖上。 它监测了来自最早星系的一些光，并向来自剑桥的团队提供了数据，该团队对其进行了分析，以寻找一个定义特征。
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被称为 21 厘米氢线，这是氢在其电子改变状态时发出的光谱。 自 1940 年代发现以来，它一直被用于早期宇宙宇宙学，主要是因为它可以穿过笼罩着早期宇宙体积的多云尘埃。 这种能力还使它能够毫不费力地穿过地球大气层，使其能够很容易地被像 SARAS3 这样的地面望远镜探测到。
剑桥论文中值得注意的是缺少 21 厘米线。 事实上，在宇宙学的其他部分如此广泛使用的这条共同线似乎在大爆炸后仅存在 2 亿年的星系中是不存在的。
有了这个限制，作者可以做两件事。 一个是反驳另一个研究小组的初步发现。 另一个是定义这些星系的一些重要特征。
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另一个由亚利桑那州立大学和麻省理工学院牵头的研究小组在 2018 年发表了另一篇论文，使用的是澳大利亚 EDGES 射电望远镜的数据。 那篇论文详细描述了对宇宙中最早的星系发出的一些光的可能检测。 它还对宇宙膨胀的早期模型之一提出了质疑，该模型没有预料到这样的检测。 现在，来自这篇新论文的数据对这一发现提出了一些质疑，尽管仍需要对其进行额外的独立确认。
在定义星系的特征时，一个关键因素是它们的亮度。 缺少 21 厘米线表明一个简单的事实——它们不是很亮。 或者至少不会比今天的星系更亮数千倍。 如果是的话，那条 21 厘米长的线应该有足够的能量来穿透雾霾并在 SARAS3 数据中被检测到。 论文中详述的其他限制因素包括这些星系的质量，以及它们加热氢的效率。
对宇宙学来说，所有这一切意味着需要更多的数据，并且即将进行的两个实验应该可以提供这些数据。 除了 JWST，还有一个名为“宇宙氢分析无线电实验”(REACH) 的项目，预计将于明年某个时候公布结果。 在那之前，天文学家正在收集早期宇宙的更清晰图像，即使是由于缺乏预期信号。
剑桥—— 未检测到关键信号使天文学家能够确定最初的星系是什么样的
贝文斯等人—— SARAS 3 未检测到宇宙黎明天空平均 21 厘米信号的天体物理学限制
UT – 了解早期宇宙取决于估计中子的寿命
UT – 新模拟再现了宇宙中尚未被直接观测到的早期时间
铅图像：
宇宙中一些最古老星系的图像。
信用——美国宇航局
