我们终于知道是什么在时间的黎明时打开了灯

我们终于知道是什么为早期宇宙的黑暗和无形的虚空带来了光明。

根据哈勃和詹姆斯韦伯太空望远镜的数据，在宇宙早期黎明中自由飞行的光子起源是小的矮星系，它们闪耀着生命，清除了充满星系间空间的浑浊氢雾。一个新论文关于这项研究的报道已于 2 月发表。

“这一发现揭示了超暗星系在早期宇宙演化中发挥的关键作用，”天体物理学家 Iryna Chemerynska 说巴黎天体物理研究所的。

“它们产生电离光子，在宇宙再电离过程中将中性氢转化为电离等离子体。它强调了了解低质量星系在塑造宇宙历史中的重要性。

在宇宙开始时，在Big Bang，空间充满了热而浓密的电离等离子体雾。即使那里有一点点光，也无法穿透这雾;光子只会从漂浮的自由电子上散射开来，从而有效地使宇宙变暗。

随着宇宙冷却，大约 300,000 年后，质子和电子开始聚集在一起形成中性氢（和一点点氦）气体。

大多数波长的光可以穿透这种中性介质，但产生它的光源非常少。但从这些氢和氦中，第一颗恒星诞生了。

那些第一批恒星发出的辐射强度足以将电子从原子核中剥离出来并使气体重新电离。然而，此时，宇宙已经膨胀得如此之大，以至于气体是漫射的，无法阻止光线照射出来。

到大爆炸后大约 10 亿年，即被称为宇宙黎明的时期结束，宇宙完全重新电离。哒哒哒！灯亮着。

但是，由于宇宙黎明中有太多的黑暗，而且它在时间和空间上是如此昏暗和遥远，我们很难看到那里有什么。

科学家们认为，造成大部分清理的来源一定很强大——巨大黑洞例如，它们的吸积会产生炽热的光，而大型星系则处于恒星形成的阵痛中（婴儿恒星会产生大量的紫外线）。

JWST 的设计部分是为了窥视宇宙的黎明并试图看到其中潜伏着什么。它非常成功，揭示了我们宇宙形成的这个关键时刻的各种惊喜。令人惊讶的是，望远镜的观测现在表明，矮星系是再电离的关键参与者。

由巴黎天体物理研究所的天体物理学家哈基姆·阿特克 （Hakim Atek） 领导的一个国际团队转向了一个名为 Abell 2744 的星系团的 JWST 数据，并得到了哈勃数据的支持。

Abell 2744 的密度如此之大，以至于时空围绕它扭曲，形成了一个宇宙透镜;任何通过那个时空传播到我们的遥远光都会被放大。这使研究人员能够看到靠近宇宙黎明的微小矮星系。

然后，他们使用 JWST 获得了这些微小星系的详细光谱。他们的分析表明，这些矮星系不仅是早期宇宙中最丰富的星系类型，而且它们比预期的要亮得多。

事实上，该团队的研究表明，矮星系的数量是大型星系的 100 比 1，它们的总输出是通常假设的较大星系电离辐射的四倍。

“这些宇宙强国共同释放出足够的能量来完成工作，”阿特克说.

“尽管这些低质量星系的体积很小，但它们是高能辐射的多产者，它们在这一时期的丰度是如此之大，以至于它们的集体影响可以改变整个宇宙的状态。”

这是再电离背后的力量的最佳证据，但还有更多的工作要做。研究人员观察了天空的一小块;他们需要确保他们的样本不仅仅是一个异常的矮星系团，而是宇宙黎明中整个星系群的代表性样本。

他们打算研究天空中更多的宇宙透镜区域，以获得更广泛的早期银河系种群样本。但仅就这一个样本而言，结果就令人难以置信地令人兴奋。自从我们知道再电离以来，科学家们就一直在寻找关于再电离的答案。我们即将最终驱散迷雾。

“我们现在通过 JWST 进入了未知领域，”天体物理学家 Themiya Nanayakkara 说澳大利亚斯威本科技大学。

“这项工作开辟了更多令人兴奋的问题，我们需要回答这些问题，以努力绘制我们起源的进化历史。”

该研究已发表在自然界.

本文的一个版本最初发表于 2024 年 3 月。

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