我们目前对物理学的理解表明，宇宙中有两种主要物质，即暗物质和重子物质。暗物质由科学家无法直接观察的物质组成，因为它不发光或不发射能量。另一方面，重子物质由正常原子物质组成，包括质子，中子和电子。
与暗物质相反，重子物质可以与光子相互作用，从而产生所谓的重子声振荡(BAO)，这基本上是由声波引起的密度波动。在产生BAO时，相同的相互作用还会在暗物质和重子之间产生超音速相对速度。
众所周知，这些产生的速度会阻碍宇宙黎明时第一批恒星的形成，这是大爆炸之后的时代，当时第一批恒星和星系突然爆发，从而调制了这个特定时代的预期信号。在一项由两部分组成的引人入胜的有趣研究中，哈佛大学的研究人员最近表明，这种信号调制采取了稳健的速度感应声振荡(VAO)的形式，这反过来可以提供有关宇宙黎明时代的宝贵见解。
进行这项研究的研究人员朱利安·B·穆尼兹(Julian B.Muñoz)对Phys.org说：“自2010年以来，暗物质和重子具有相对较大速度的想法就已经存在了。”“实际上，在同一年，其他研究人员意识到，这种相对速度将对第一批恒星的形成产生重大影响。虽然我们无法直接看到这些恒星，因为它们距离很远且昏暗，但可以间接地检测到它们。使用21厘米的氢气线。”
当Muñoz开始从事其项目时，他最初想使用称为21cmFAST的公共模拟代码来实现相对速度的影响，这是宇宙学家用来了解21厘米宇宙信号的标准工具。然后，他在《物理评论》 D上发表的论文中介绍了这些模拟的结果。
“在进行模拟时，我意识到增加速度会在21厘米信号中产生鲁棒的速度感应声振荡(VAO)，其起源与我们习惯使用的重子声振荡(BAO)相同，但是是由相对速度而不是密度过高/不足引起的。”“这些VAO将150 Mpc的重子声标刻在21厘米的地图上，然后可以用作标准标尺。”
在《物理评论快报》上发表的一篇新论文中，穆尼奥斯随后提出了这样一种想法，即，由于重子物质和光子的耦合而最终产生的VAO导致21厘米信号(通常用于检测恒星)在一个已知的周期内发生空间振荡。 150 Mpc(约4.5亿光年)。然后，他建议，由于这些振荡的形状和特征是已知的，因此它们可以用作测量宇宙黎明期间(即大爆炸后25亿年)宇宙大小的标准尺。
至少可以说，穆尼奥斯(Muñoz)提出的想法引人入胜，因为天文学家目前没有其他方法可以进入这个特定的宇宙时代。换句话说，这种测量或“标准尺”将是同类产品中的第一个，为与21厘米信号有关的研究开辟了新的令人兴奋的可能性，例如电离阵列(HERA)项目的氢时代。
HERA项目是，南非和英国机构的天体物理学家与研究人员之间的合作，旨在建造一种能够稳健地探测电离(EOR)红移氢能谱特征的时代的望远镜。该项目的另一个目标是收集数据，以扩大对宇宙曙光时代的当前了解。
Muñoz说：“我项目的目标之一是将相对速度纳入21厘米代码21cmFAST的公开范围，因为它们会改变宇宙黎明期间的所有预测。”“这对于理解21厘米信号很有必要，例如，未来几年，HERA的合作将有望探测到这一信号。”
正如Muñoz继续解释的那样，由于重子的声学物理特性已烙印在第一批恒星的分布上，因此也印在了21厘米的图上，因此VAO引起的调制本身就是一个有趣的现象。正是由于已知重子的声学物理原理，这些速度才能在宇宙黎明时提供强大的标准尺。
“在宇宙黎明期间测量宇宙的大小将是令人兴奋的，因为这个时代处于宇宙微波背景(CMB)和当地宇宙之间的一半，这与宇宙大小的测量不一致(著名的H0张力介于超新星和CMB数据)，”Muñoz说。
HERA的合作很快将开始收集与宇宙黎明发射的21厘米功率信号有关的数据。一旦获得了这些数据，就可以用来衡量宇宙黎明期间宇宙的膨胀率。由于缺乏研究它的工具，这个时代至今仍是个谜。当这种情况发生时，穆尼奥斯(Muñoz)提出的想法可能被证明是非常有价值的，因为它们突显了在这个此前尚未探索的时代可能将VAO用作标准尺。
尽管此项目中介绍的理论可能具有巨大的价值，但对VAO的某些方面仍知之甚少。Muñoz在他的未来工作中计划继续调查VAO，例如试图更好地了解它们如何调制对第一恒星形成的反馈，目前尚不清楚。
穆尼兹说：“我还打算完善预测，包括更复杂的前景和噪声模型，这些模型可以模拟HERA仪器，因为HERA在未来十年很可能会观测到这些VAO。”