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。

根據哈勃和詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的數據，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。一個紙關于該研究于 2024 年 2 月發表。

“這一發現揭示了超微弱星系在早期宇宙演化中發揮的關鍵作用，”天體物理學家伊琳娜·切梅林斯卡說巴黎天體研究所。

“它們產生電離光子，在宇宙再電離過程中將中性氫轉化為電離等離子體。它強調了了解低質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。

大多數波長的光都可以穿透這種中性介質，但產生它的光源卻很少。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，此時宇宙已經膨脹得如此之大，以至于氣體已經擴散，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的時空，我們很難看到那里有什么。

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

JWST 的設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鍵時刻的各種驚喜。令人驚訝的是，望遠鏡的觀測結果現在表明矮星系是再電離的關鍵角色。

由巴黎天體研究所的天體物理學家哈基姆·阿特克 （Hakim Atek） 領導的一個國際團隊轉向了 JWST 關于一個名為 Abell 2744 的星系團的數據，并得到了哈勃數據的支持。

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，而且它們比預期的要亮得多。

事實上，該團隊的研究表明，矮星系的數量是大星系的 100 比 1，它們的集體輸出是通常假設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，但這些低質量星系是高能輻射的多產者，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。”

這是迄今為止關于再電離背后力量的最佳證據，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，科學家們就一直在尋找關于再電離的答案。我們即將終于吹散迷霧。

“我們現在已經通過 JWST 進入了未知領域，”天體物理學家 Themiya Nanayakkara 說澳大利亞斯威本理工大學。

“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化歷史時需要回答這些問題。”

該研究已發表在自然界.

本文的一個版本最初發表于 2024 年 3 月。

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