这一结果可以为科学家提供一种更快、成本更低的方法来研究暗能量，这种仍然神秘的现象被认为正在加速宇宙的膨胀。理解暗能量仍然是现代物理学中最大的未解问题之一。这一成就也是CHIME的一个重要里程碑，其最初的设计初衷正是为了进行此类测量。研究结果发表在《天体物理学杂志》上。
“氢是宇宙中最常见的元素，也是恒星形成的原料，”共同作者、多伦多大学博士后研究员Arnab Chakraborty博士说，他最先提出了这一发现。“其微弱的射电辐射就像宇宙示踪剂，揭示了物质在空间中是如何分布的。”
科学家们对暗能量的本质提出了相互竞争的解释。由于CHIME现在可以使用自身数据进行这些测量，研究人员可以独立测试这些想法，并收集可能支持或挑战现有理论的证据。
“这是一种全新的探测宇宙的技术，由加拿大人构思、建造和资助的仪器所实现，”共同作者、不列颠哥伦比亚大学物理与天文系教授兼CHIME首席研究员Mark Halpern博士说。“这是全球宇宙学项目大胆的新一步，也是一个加拿大的成功故事。”
用氢绘制宇宙地图
CHIME是一台位于不列颠哥伦比亚省彭蒂克顿附近的射电望远镜，由加拿大国家研究委员会（NRC）托管。该仪器每天巡视整个北半球天空。
该项目汇集了来自加拿大各地的研究人员，包括不列颠哥伦比亚大学、麦吉尔大学、多伦多大学以及自治领射电天体物理台（NRC）的科学家。包括亚利桑那州立大学在内的其他北美合作者也参与了这项工作。
CHIME的主要目标之一是绘制早期宇宙中氢气的分布图。通过测量这种大尺度结构，天文学家可以重建宇宙随时间膨胀的过程，并利用这些测量结果来研究暗能量。
直到现在，CHIME的研究人员还需要将他们的射电观测结果与其他望远镜收集的星系巡天数据进行比较。这些巡天通过更详细地观测星系发出的光来解决类似的宇宙学问题。然而，它们的成本可能要高出数百万美元，并且主要探测宇宙中足够热和密集以形成恒星的区域。
而CHIME则测量氢本身产生的综合射电辐射。这种方法使研究人员能够检查宇宙中更大片的区域，追溯到更早的时间，并以极低的成本探索类似的问题，而无需依赖其他巡天的数据。
氢信号揭示了什么
在一篇配套论文中，研究人员分析了新探测到的信号能告诉科学家关于氢在整个宇宙中如何分布的信息。
“我们的数据表明，在这一时期宇宙中大约百分之二的氢处于中性原子形态，这与其它测量结果大体一致，”共同作者、亚利桑那州立大学博士后研究员Shabbir Shaikh博士说。“通过测量这种氢的分布和聚集方式，CHIME为我们提供了一种测试我们对星系如何形成和演化理解的新方法。”
因此，这项测量不仅提供了一种研究宇宙膨胀的新方法。它还可以帮助研究人员测试星系形成模型，并更好地理解物质是如何在整个宇宙中组织起来的。
在宇宙噪声中寻找埋藏的信号
这一发现并非突然的突破。研究人员必须使用新的数据处理和分析方法，从强得多的干扰源中提取极其微弱的氢信号。
这些背景包括来自宇宙本身的射电噪声、人类技术产生的信号，甚至望远镜自身产生的效应。在识别出可能的氢特征后，团队花了一年多的时间对其进行测试，以确保结果是真实的。
他们的分析最终表明，该信号来自遥远宇宙中的氢，当时宇宙大约有50亿年的历史。该结果基于2019年收集的94个夜晚的观测数据。
“我们非常努力地说服自己这不是一次误报，”Chakraborty博士说。“经过所有的测试，信号依然存在。这让我们相信，我们看到的是来自遥远宇宙的真实氢信号。”
CHIME仍有七年的观测数据待处理
这一新结果仅利用了CHIME自开始运行以来收集的一小部分信息。
研究人员现在有近七年的观测数据可供分析。他们正在努力将该技术进一步延伸到宇宙历史中，目标是研究宇宙仅有30亿年历史的那个时代。
“长期以来，天体物理学家一直相信，使用这种望远镜的氢绘图技术具有巨大潜力。通过实际展示该技术在实践中有效，我们打开了一扇通往宇宙的全新窗口。我们可以用它来测试我们当前的理论，并了解关于星系和宇宙其他特性的新知识，”共同作者、亚利桑那州立大学助理教授Simon Foreman博士说。
该项目由加拿大创新基金会、 加拿大国家研究委员会、自然科学与工程研究委员会以及不列颠哥伦比亚省、安大略省和魁北克省资助，并得到了加拿大数字研究联盟的支持。