宇宙刚刚出生就差点夭折，科学家即将揭秘那段黑暗的岁月
通过现代望远镜，我们已经可以观测到一百亿光年以外的宇宙。这意味着，我们可以看到宇宙在100亿年前的模样。
同时，通过宇宙微波背景辐射，我们可以看得更加久远，了解到宇宙在大爆炸后仅仅38万年后的模样，将我们对宇宙历史的了解更加向前推进了38亿年。
然而奇怪的是，在大爆炸后38万年开始的几亿年时间里，宇宙到底发生了什么，对于我们来说始终是一片空白（或者说是漆黑，因为我们什么也看不见）。这一段时期，就是宇宙的黑暗时代。
在上面的时间轴中，科学家描述了宇宙一些重大事件的发生时间，以及我们可以通过哪些波长的电磁波来进行观测。宇宙微波背景辐射可以展现接近大爆炸后40万年的图像，而NASA的斯皮策太空望远镜在红外波段发现了大爆炸后约4亿年时出现的第一道光。直到现在，我们可以通过可见光波段来观测宇宙天体。而在大爆炸后40万年到4亿年之间的漫长岁月里，宇宙就处在这样的黑暗时代。
这段时间之所以黑暗，就在于宇宙中还没有恒星出现。当然，没有恒星仅仅代表它在可见光波段是无法观测的，更重要的是，这个时期的宇宙，充满了中性的氢原子。相比之下，今天的宇宙中你很难找到氢原子，弥散在宇宙空间中的绝大部分是氢离子（或者说裸露质子）和电子。
一般来说，科学家认为：恒星的形成来自于星云的坍缩，你可能以为坍缩的最初动机来自引力，但实际上，在引力发挥作用之前，是电荷相互吸引导致的引力失衡。因此，对于黑暗时代的宇宙来说，全部以原子形式存在的氢分布极其平均，无法形成恒星。同时也没有什么物理或者化学变化，让我们完全无法观测。
直到宇宙大爆炸后4亿年左右的时间，一小部分氢开始电离，最终形成连锁效应。电离后的氢具备了凝聚的条件，最终形成了一颗颗恒星，点亮了宇宙。这个时期，就是宇宙的再电离时期。到了大爆炸后大约10亿年的时候，宇宙完成了再电离，完全走出了黑暗，避免了夭折。
虽然我们对于这个过程已经相当了解，但这些事件发生的时间都有着很大的不确定性。由于黑暗时代的难以观测，让我们很难对这些时间点有一个肯定的答案。
来自华盛顿大学、布朗大学和科廷大学的科学家们，同样深深地为这个问题着迷，于是利用位于澳大利亚的默奇森宽场阵列的特殊设备，来探索宇宙黑暗时代的秘密。那么问题来了：既然所有的电磁波段都无法用来观测黑暗时代，他们要用什么手段呢？
（图片说明：本篇论文的研究团队）
幸运的是，这些中性氢虽然十分“安静”，但也并非完全沉寂。由于氢原子中会发生极少量的电子翻转，所以这个过程中被释放的光子成为了我们检测它的重要手段。由于这种光子的波长为21厘米，所以科学家称之为21厘米线，又叫氢线。21厘米线是科学家研究黑暗时代的唯一工具，也是默奇森宽场阵列最擅长的领域之一。通过21厘米线，科学家们取得了重大的突破，带领人类一点一点靠近宇宙的黑暗时代。
华盛顿大学的物理学教授Miguel Morales是本篇论文的主要作者，他介绍说：“再电离时期和宇宙黑暗时代是理解我们宇宙的重要阶段，可以告诉我们为何有些区域充满了星系、另外一些区域却相对空旷，或者解释物质的分布，甚至可能是暗物质和暗能量的答案。”
（图片说明：在默奇森宽场阵列，时不时还有袋鼠出没）
据介绍，默奇森宽场阵列拥有4096根偶极天线，这是他们检测21厘米线的重要工具。但是，由于宇宙空间布满了各种射线，给21厘米线的检测带来了很大的干扰。因此，Morales等人必须要想出一套有效的办法，才能更好地消除宇宙中的噪声，提高检测能力。
从硬件上讲，他们给默奇森宽场阵列配备了冗余子阵列和伪随机基线。从技术方面，他们也改进了分析的技术、数据质量的控制方法和干涉校准方法。
（图片说明：夜空下默奇森宽场阵列的一部分）
通过这些手段，他们已经取得了巨大的突破。去年的时候，他们曾经在《天体物理学》杂志上发表论文指出：在这些技术的帮助下，他们成功地将长达21个小时的数据中，滤掉了过往10倍的噪声。在接下来的时间里，他们还将对长达3000小时的数据进行收集和整理，并且利用最新的技术手段过滤噪声，让我们更加接近那段黑暗的时代。
对于我们来说，宇宙的黑暗时代非常重要，它上承宇宙微波背景辐射的时代，下启宇宙的再电离时期，是宇宙演化的重要阶段，对于我们了解宇宙的形成和发展过程至关重要。
同时我们也介绍过，直到现在，即便是借助于哈勃太空望远镜，科学家也仍然无法发现第一代恒星的痕迹，最多只能看到第二代恒星。如果我们对宇宙黑暗时代能够有所了解，那么至少可以知道黑暗时代末期向再电离期过渡的阶段中，那些第一代恒星究竟是以怎样的机制形成的。
实际上，这支团队不仅仅包括上述三个大学的科学家，还包括麻省理工学院、国际射电天文研究中心等团队，同时我国上海天文台也参与其中。除了这支团队之外，世界上还有很多其他的科学家正在对黑暗时代进行探索。目前正在月球背面工作的嫦娥四号以及中继星鹊桥号，也携带了专门的设备，追寻着黑暗时代的秘密。
尽管很多人不愿意相信，但大爆炸理论仍然是宇宙诞生的最可靠理论。当我们揭开黑暗时代的神秘面纱时，相信会找到更多的证据，证明宇宙是从虚无中诞生的。