宇宙是何时“苏醒”的?

北京时间2月13日消息,据国外媒体报道,对我们的宇宙而言,第一批恒星的苏醒无疑是个重要时刻。但这一时刻对科学家而言始终显得极为神秘。不过在一项新研究中,一支天文学家团队成功发现了一些迄今为止见过的最古老的星系。科学家指出,这些天体早在宇宙只有6.8亿岁时,就已经完全成型了。他们还发现了一些证据,证明这些星系曾向四周发出过大量极强的紫外辐射。

这波汹涌的紫外辐射在宇宙中形成了许多巨大的泡泡,中性气体在其中受到激发和电离,为天文学家呈现了宇宙这一重大变革时期的首个直观图像。

黎明之前

很久很久以前,宇宙中一度没有一颗星辰闪耀。在宇宙形成早期,所有物质都非常均匀,各处的密度都差不多,颇为无趣。

当时的宇宙也十分“中性”,这倒是与宇宙刚形成时不太一样。在大爆炸发生后的几十万年内,宇宙极为炽热和稠密,四处充斥着等离子体。原子也在巨大的拉扯下,被分离成了电子和原子核。

但到了宇宙38万岁时,这种混乱局面终于宣告结束。宇宙扩张到了足够大,温度也降到了足够低,电子终于能与原子核结合起来、形成了第一批氢原子和氦原子。在这一系列事件发生的过程中,还释放出了巨量辐射,也就是我们如今所说的“宇宙微波背景”。

在此之后的千百万年间,宇宙始终维持着这种安静的中性状态。但随着宇宙进一步扩张、温度进一步降低,一些小小的“种子”开始逐渐形成,即一些偶然形成的、密度比周围稍大的气体团块。这让它们拥有了比周围更大的引力,可以将四周的物质吸引过来。随着质量逐渐增长,它们的引力也越来越大,吸引的物质越来越多。随着时间的流逝,寂静、黑暗、中性的宇宙就这么孕育出了第一批恒星和星系。

黎明降临

我们并不清楚第一批恒星究竟是何时形成的,但它们形成时的场面一定十分盛大而壮观。因为此时的宇宙已经不再呈中性、而是被电离了。

我们平时接触到的物质大多都由完整的原子构成,原子核由外层电子规规矩矩地包围着。这些电子在原子外层来回飞奔,与其它电子相互结合,产生我们所说的化学反应。

但这种情况其实非常独特。到目前为止,宇宙中的大部分物质都是等离子体,就像很久很久以前、电子和原子核各自“分居”一样。太阳由等离子体构成,其它恒星由等离子体构成,星云也由等离子体构成,恒星和星云之间的物质也都是等离子体。

在宇宙形成38万年时,其中的等离子体一度转化成了中性气体。但在130亿年后的今天,宇宙中的大部分物质又重新变成了等离子体。在此期间一定发生了什么特殊的事情,将宇宙中的原子又撕裂了开来。既然在我们可观测的宇宙范围内全都是等离子体,一直到宇宙中出现的第一批宇宙和星系都是如此,说明造成这种“再电离化”的事件一定发生在很久很久以前。

天文学家认为,也许是初代恒星(和它们死亡时的超新星爆发)发出的大量紫外辐射将整个宇宙变回了等离子体状态。但我们并不清楚该事件发生的确切时间。即使是最强大的望远镜和深空探测任务也暂时无法看到这么久之前的情况。我们可以清楚地看到宇宙微波背景,也能清楚地看到今时今日的宇宙,但介于这两者之间发生的事情却仍是一个未解之谜。也就是说,我们既不知道第一批恒星是何时出现的(即天文学家所谓的“宇宙黎明”),也不知道在此之后的“再电离期”是何时开始的。

“吹泡泡”

但这种形势已经有所改变。为了了解宇宙成长与演化过程中的这段关键“青春期”,我们正在寻找越来越古老的星系,同时对它们周围的气体也展开了调查。就在最近,一支国际研究人员团队刚刚发现了三个光芒极弱、体积极小、且距我们极为遥远的星系。

这些星系早在宇宙只有6.8亿岁时就已经完全成型了。这倒没什么惊人的,毕竟我们此前也发现过这么古老的星系。但在此次研究中,研究人员分析了这三个星系周围环境中的辐射,结果发现,这些星系已经开始向周围宇宙中吹出电离化的等离子体“泡泡”了。也就是说,这些星系发出的辐射已经开始使周边宇宙发生转变了。这是我们首次发现宇宙处于再电离时期的清晰迹象。虽然天文学家此前已经推测出,再电离化在宇宙满10亿岁前便已结束,但没人想到它竟会开始得这么早。

这些星系将成为即将发射的詹姆斯·韦伯望远镜的绝佳观测对象,因为该望远镜正是为了研究宇宙历史上的这一时期而设计的。若观测结果符合科学家的猜测,并且能找到更多再电离化的实例,我们也许总算能对宇宙这段古老而动荡的过往有所了解了。

文章来源:新浪科技

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