我們終于知道是什么在時(shí)間的黎明打開(kāi)了燈

我們終于知道是什么給早期宇宙的黑暗和無(wú)形的虛空帶來(lái)了光明。

根據(jù)哈勃望遠(yuǎn)鏡和詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，早期宇宙黎明中自由飛行的光子的起源是小矮星系，它們爆發(fā)了生命，清除了充滿星系間空間的渾濁氫霧。

“這一發(fā)現(xiàn)揭示了超暗星系在早期宇宙演化中發(fā)揮的關(guān)鍵作用。天體物理學(xué)家伊琳娜·切梅林斯卡（Iryna Chemerynska）說(shuō)巴黎天體物理學(xué)研究所。

“它們產(chǎn)生電離光子，在宇宙再電離過(guò)程中將中性氫轉(zhuǎn)化為電離等離子體。它強(qiáng)調(diào)了了解低質(zhì)量星系在塑造宇宙歷史方面的重要性。

在宇宙之初，在幾分鐘內(nèi)生活大爆炸，太空中充滿了熾熱、濃密的電離等離子體霧。那里的光很少，不會(huì)穿透這片霧;光子只會(huì)從漂浮的自由電子上散射出來(lái)，有效地使宇宙變暗。

隨著宇宙冷卻，大約30萬(wàn)年后，質(zhì)子和電子開(kāi)始聚集在一起，形成中性氫（和一點(diǎn)點(diǎn)氦）氣體。大多數(shù)波長(zhǎng)的光可以穿透這種中性介質(zhì)，但產(chǎn)生它的光源很少。但是從這種氫和氦中，第一批恒星誕生了。

這些第一批恒星發(fā)出的輻射強(qiáng)度足以將電子從原子核中剝離并重新電離氣體。然而，到這個(gè)時(shí)候，宇宙已經(jīng)膨脹得如此之大，以至于氣體是擴(kuò)散的，無(wú)法阻止光的照射。在大爆炸后大約10億年，即被稱為宇宙黎明的時(shí)期結(jié)束時(shí)，宇宙完全被再電離。噠噠！燈亮了。

但是因?yàn)橛钪胬杳髦杏刑嗟暮诎?，而且它是如此的昏暗和遙遠(yuǎn)的時(shí)空，我們很難看到那里有什么?？茖W(xué)家們認(rèn)為，負(fù)責(zé)大部分清理的來(lái)源一定是強(qiáng)大的——巨大的黑洞例如，它們的吸積會(huì)產(chǎn)生熾熱的光，以及處于恒星形成陣痛中的大型星系（嬰兒恒星會(huì)產(chǎn)生大量的紫外線）。

JWST的設(shè)計(jì)部分是為了窺視宇宙黎明，并試圖看到其中潛伏著什么。它非常成功，揭示了關(guān)于我們宇宙形成的這個(gè)關(guān)鍵時(shí)刻的各種驚喜。令人驚訝的是，望遠(yuǎn)鏡的觀測(cè)結(jié)果現(xiàn)在表明，矮星系是再電離的關(guān)鍵參與者。

由巴黎天體物理學(xué)研究所的天體物理學(xué)家哈基姆·阿特克（Hakim Atek）領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際團(tuán)隊(duì)轉(zhuǎn)向了一個(gè)名為Abell 2744的星系團(tuán)的JWST數(shù)據(jù)，并得到了哈勃望遠(yuǎn)鏡數(shù)據(jù)的支持。Abell 2744的密度如此之大，以至于時(shí)空圍繞它扭曲，形成了一個(gè)宇宙透鏡;任何通過(guò)那個(gè)時(shí)空傳播到我們的遙遠(yuǎn)光都會(huì)被放大。這使得研究人員能夠看到靠近宇宙黎明的微小矮星系。

然后，他們使用JWST獲得了這些微小星系的詳細(xì)光譜。他們的分析表明，這些矮星系不僅是早期宇宙中最豐富的星系類型，而且它們比預(yù)期的要亮得多。事實(shí)上，該團(tuán)隊(duì)的研究表明，矮星系的數(shù)量是大型星系的100比1，它們的集體輸出是通常假設(shè)的較大星系電離輻射的四倍。

“這些宇宙強(qiáng)國(guó)共同釋放出足夠的能量來(lái)完成工作，”阿特克 說(shuō).“盡管它們的體積很小，但這些低質(zhì)量星系是高能輻射的多產(chǎn)者，而且它們?cè)谶@一時(shí)期的豐度如此之大，以至于它們的集體影響可以改變整個(gè)宇宙的狀態(tài)。

這是再電離背后的力量的最佳證據(jù)，但還有更多的工作要做。研究人員觀察了一小塊天空;他們需要確保他們的樣本不僅僅是一個(gè)異常的矮星系團(tuán)，而是宇宙黎明中整個(gè)星系的代表性樣本。

他們打算研究天空中更多的宇宙透鏡區(qū)域，以獲得更廣泛的早期銀河系種群樣本。但僅憑這一個(gè)樣本，結(jié)果就令人難以置信地令人興奮。自從我們知道再電離以來(lái)，科學(xué)家們一直在尋找再電離的答案。我們正處于最終吹走迷霧的邊緣。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了JWST的未知領(lǐng)域，”天體物理學(xué)家Themiya Nanayakkara說(shuō)澳大利亞斯威本科技大學(xué)。

“這項(xiàng)工作開(kāi)啟了更多令人興奮的問(wèn)題，我們需要回答這些問(wèn)題，以繪制我們起源的進(jìn)化歷史。

該研究已發(fā)表在自然界.

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