新智元報道 編輯：David 昕朋
一則「印度研究人員首次收到90億光年外無線電信号」的新聞點爆網絡，高居知乎熱榜第一。
截止發稿時，該話題浏覽量已破百萬，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号
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号。
這是人類首次在如此遠的距離内檢測到這種類型的無線電信号。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恒星和星系。
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。研究見刊于天文學頂刊《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
該研究的意義在于首次用引力透鏡效應，在紅移z=1.3（近90億年前）的恒星形成星系探測到H I 21厘米譜線。在此之前，研究人員探測到的最遙遠的21cm譜線信号是紅移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。
氫原子在它的基态，有兩個超精細結構子能級。星際物質中處于基态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、銀河系和河外星系結構的重要手段。
研究人員表示，望遠鏡能夠接收遙遠的信号，因為它被位于信号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，無線電信号放大了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。由于時空在大品質天體附近會發生畸變，使得光線經過大品質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品質的天體，則觀測者會看到由于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。
模拟引力透鏡
不是外星人，是古元素
這個信号是由位于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号，來自一個名為SDSSJ0826+5630的星系，位于近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視窗，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88億年曆史的無線電波并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，中性氫原子雲散布在宇宙各處，那是天文學家所說的 「黑暗時代」——第一批明亮的恒星和星系從天體塵埃中出現之前的時代。而中性氫正是這些恒星和星系出現的「燃料」。
「中性氫氣庫為星系中的恒星形成提供了基本的燃料，」發表在《皇家天文學會月刊》上的一份關于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迹，希望根據這些痕迹确定第一批恒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，因為這些電磁信号很難穿越更長的空間和時間到達地球。
據LiveScience報道，中性氫原子發出的電磁輻射的波長為21厘米，屬于無線電波的範疇。其較長的波長和較低的頻率更有可能被淹沒在宇宙的靜态中。
這次發現，創造了人類接收到宇宙空間信号距離的最遠紀錄，之前，人類檢測到的最遠的同類信号來自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号，研究人員借鑒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，一個巨大的品質體，比如這次的信号源星系SDSSJ0826+5630，可能會扭曲一個遙遠的無線電信号的路徑，變成我們星球的探測器可以探測到的規模。
印度科學研究所實體學副教授、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号，幫助我們窺探早期宇宙。在這種情況下，信号因目标和觀察者之間存在另一個大品質體，即另一個星系而發生彎曲。這導緻信号被放大了30倍，使地球上的望遠鏡能夠接收到」。
該信号讓科學家能夠測量遙遠星系的氣體成分，據估計，該星系的品質是從地球上可見的任何恒星的兩倍。
而這隻是一個開始，研究人員試圖進一步理清隐藏在我們曾經無法掌控的太空深處的宇宙曆史線索。
「一個星系會發出多種不同的無線電信号。」
該研究的主要作者Arnab Chakraborty表示，到目前為止，我們隻能從附近的星系中捕捉到這種特殊的信号，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号。這将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号。
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實體學的遙遠星系的持續信号，2020年，來自半人馬座近端的神秘信号掀起了波瀾。
但是，這些信号是否意味着我們并不孤單？至少現在，答案是否定的——盡管人們已經向太空發送了信号。
據Nature雜志報道，研究人員在2021年稱，半人馬座比鄰星信号可能來源于「人造無線電幹擾」，「快速射電暴」信号的來源可能是無線電脈沖星或磁星，兩者都是中子星的類型。
麻省理工學院卡夫利天體實體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号的星體并不多。
「在我們自己的銀河系中，我們了解的案例是無線電脈沖星和磁星。我們認為這個新信号可能是小行星上的磁體或脈沖星。」
研究人員收到來自90億光年外的無線電信号，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