科技日報記者 張夢然

《自然》26日發(fā)表報告稱，詹姆斯·韋布空間望遠(yuǎn)鏡（JWST）檢測到已知最早的處于再電離過程中的星系之一。這項發(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（無電荷）氣體，其中大部分為氫和氦，這段時期被稱為“宇宙黑暗時代”。第一批星系點亮了宇宙。尤其是，特定紫外波長的光子（即所謂萊曼連續(xù)區(qū)）被中性氫吸收，而較短波長的光子則會將氣體再電離，使宇宙對萊曼光子變得透明，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)家報告稱，JWST此次觀測到宇宙大爆炸后僅3.3億年，一個被命名為JADES-GS-z13-1-LA的星系就出現(xiàn)了再電離信號。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。這意味著這個星系產(chǎn)生了足夠的紫外光子來激發(fā)中性氫，而且在它與地球之間幾乎沒有中性氫，來重新吸收氫回到穩(wěn)定、最低能量狀態(tài)時釋放的萊曼α光子。

科學(xué)家指出，這一再電離的可能來源要么是大質(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間線范圍。

總編輯圈點

這項發(fā)現(xiàn)的重要性，在于它點明了宇宙從“黑暗時代”走向光明的關(guān)鍵轉(zhuǎn)折點。在這一時期，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)。這個過程對于宇宙結(jié)構(gòu)形成、光子傳播以及后續(xù)星系形成的物理條件有著根本性的影響。不過，新發(fā)現(xiàn)也提出了新問題：這些早期星系為什么能在宇宙年齡不到3億年時，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)一步觀測來進(jìn)行深入探索。