科技日?qǐng)?bào)記者 張夢(mèng)然

《自然》26日發(fā)表報(bào)告稱，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）檢測(cè)到已知最早的處于再電離過(guò)程中的星系。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)將宇宙再電離（早期宇宙發(fā)生的重要轉(zhuǎn)變）的發(fā)生時(shí)間推至大爆炸后至少3.3億年，并為人們了解最早星系的性質(zhì)帶來(lái)了新見解。

宇宙在極熱的大爆炸后逐漸冷卻，直至自由質(zhì)子和電子結(jié)合為中性（無(wú)電荷）氣體，其中大部分為氫和氦，這段時(shí)期被稱為“宇宙黑暗時(shí)代”。第一批星系點(diǎn)亮了宇宙。尤其是，特定紫外波長(zhǎng)的光子（即所謂萊曼連續(xù)區(qū)）被中性氫吸收，而較短波長(zhǎng)的光子則會(huì)將氣體再電離，使宇宙對(duì)萊曼光子變得透明，并使之能穿透到地球，這被稱為宇宙再電離，其發(fā)生時(shí)間尚不確定。JWST的近期觀察發(fā)現(xiàn)了在宇宙年齡不到3億年時(shí)就產(chǎn)生紫外輻射的明亮星系，但缺乏關(guān)于再電離的直接證據(jù)。

丹麥哥本哈根大學(xué)玻爾研究所科學(xué)家報(bào)告稱，JWST此次觀測(cè)到宇宙大爆炸后僅3.3億年，一個(gè)被命名為JADES-GS-z13-1-LA的星系就出現(xiàn)了再電離信號(hào)。這一明亮發(fā)射源被認(rèn)定為萊曼α發(fā)射體，是中性氫從激發(fā)狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛鶓B(tài)的信號(hào)。這意味著這個(gè)星系產(chǎn)生了足夠的紫外光子來(lái)激發(fā)中性氫，而且在它與地球之間幾乎沒有中性氫，來(lái)重新吸收氫回到穩(wěn)定、最低能量狀態(tài)時(shí)釋放的萊曼α光子。

科學(xué)家指出，這一再電離的可能來(lái)源要么是大質(zhì)量熱恒星，要么是超大質(zhì)量黑洞。他們總結(jié)稱，這些發(fā)現(xiàn)有助于縮小宇宙再電離的開始和時(shí)間線范圍。

總編輯圈點(diǎn)

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)的重要性，在于它點(diǎn)明了宇宙從“黑暗時(shí)代”走向光明的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點(diǎn)。在這一時(shí)期，第一批恒星和星系開始發(fā)光，正是這些足以激發(fā)周圍中性氫的紫外線，讓宇宙介質(zhì)由中性狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)殡婋x狀態(tài)。這個(gè)過(guò)程對(duì)于宇宙結(jié)構(gòu)形成、光子傳播以及后續(xù)星系形成的物理?xiàng)l件有著根本性的影響。不過(guò)，新發(fā)現(xiàn)也提出了新問(wèn)題：這些早期星系為什么能在宇宙年齡不到3億年時(shí)，就積累了足夠的物質(zhì)并形成了如此強(qiáng)烈的紫外輻射？其答案是否會(huì)挑戰(zhàn)了我們現(xiàn)有的理論模型？天文學(xué)家們將用更精細(xì)的模擬結(jié)合進(jìn)一步觀測(cè)來(lái)進(jìn)行深入探索。