我們終于知道《曙光》是如何亮起的

我們可能終于知道是什么首先點亮了早期宇宙的宇宙黎明。

根據(jù)哈勃和詹姆斯·韋伯太空望遠(yuǎn)鏡的數(shù)據(jù)，宇宙黎明早期自由飛行光子的起源是小矮星系，它們突然燃燒起來，清除了充滿星際空間的渾濁氫霧。一個紙關(guān)于該研究于 2024 年 2 月發(fā)表。

“這一發(fā)現(xiàn)揭示了超微弱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·切梅林斯卡說巴黎天體研究所。

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

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在宇宙開始時，在幾分鐘內(nèi)大爆炸，空間中充滿了熾熱、濃密的電離等離子體霧氣。哪怕是一點光，也無法穿透這片霧氣;光子只會散射漂浮在周圍的自由電子，有效地使宇宙變暗。

隨著宇宙冷卻，大約 300,000 年后，質(zhì)子和電子開始聚集在一起形成中性氫（和一點點氦）氣體。

大多數(shù)波長的光都可以穿透這種中性介質(zhì)，但產(chǎn)生它的光源卻很少。但從這種氫和氦中，第一顆恒星誕生了。

第一批恒星發(fā)出的輻射強度足以將電子從原子核上剝離并使氣體重新電離。然而，此時宇宙已經(jīng)膨脹得如此之大，以至于氣體已經(jīng)擴散，無法阻止光線照射出來。

在大爆炸（被稱為宇宙黎明的時期結(jié)束）后大約 10 億年，宇宙完全再電離。噠！燈亮著。

但由于宇宙黎明中有太多的黑暗，而且由于它如此昏暗和遙遠(yuǎn)的時空，我們很難看到那里有什么。

科學(xué)家們認(rèn)為，造成大部分清理的來源一定很強大——巨大黑洞例如，它們的吸積會產(chǎn)生熾熱的光，以及處于恒星形成陣痛中的大星系（幼星會產(chǎn)生大量紫外線）。

JWST 的設(shè)計部分是為了窺視宇宙黎明并試圖看看其中潛伏著什么。它非常成功，揭示了我們宇宙形成的這個關(guān)鍵時刻的各種驚喜。令人驚訝的是，望遠(yuǎn)鏡的觀測結(jié)果現(xiàn)在表明矮星系是再電離的關(guān)鍵角色。

由巴黎天體研究所的天體物理學(xué)家哈基姆·阿特克 （Hakim Atek） 領(lǐng)導(dǎo)的一個國際團隊轉(zhuǎn)向了 JWST 關(guān)于一個名為 Abell 2744 的星系團的數(shù)據(jù)，并得到了哈勃數(shù)據(jù)的支持。

阿貝爾 2744 的密度如此之大，以至于時空圍繞它扭曲，形成一個宇宙透鏡;任何通過時空傳播到我們身邊的遙遠(yuǎn)光都會被放大。這使得研究人員能夠看到接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。

事實上，該團隊的研究表明，矮星系的數(shù)量是大星系的 100 比 1，它們的集體輸出是通常假設(shè)的大星系電離輻射的四倍。

“這些宇宙強者共同釋放出足夠的能量來完成工作，”阿特克說.

“盡管它們的尺寸很小，但這些低質(zhì)量星系是高能輻射的多產(chǎn)者，而且它們在此期間的豐度如此之大，以至于它們的集體影響可以改變宇宙的整個狀態(tài)?！?/p>

這是迄今為止關(guān)于再電離背后力量的最佳證據(jù)，但還有更多工作要做。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異常的矮星系團，而是宇宙黎明中整個種群的代表性樣本。

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星系種群樣本。但僅僅在這一個樣本上，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，科學(xué)家們就一直在尋找關(guān)于再電離的答案。我們即將終于吹散迷霧。

“我們現(xiàn)在已經(jīng)通過 JWST 進(jìn)入了未知領(lǐng)域，”天體物理學(xué)家 Themiya Nanayakkara 說澳大利亞斯威本理工大學(xué)。

“這項工作提出了更多令人興奮的問題，我們在努力繪制我們起源的進(jìn)化歷史時需要回答這些問題。”

該研究已發(fā)表在自然界.

本文的一個版本最初發(fā)表于 2024 年 3 月。

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