天文学家发现,最古老的星系宇宙仅形成于6.8亿年前。
据新浪科技报道:对于我们的宇宙来说,第一批恒星的“苏醒”是一个重要的时刻,但在科学家看来,这个时刻也是极其难以捉摸的。在一项新的研究中,一组天文学家发现了一些有史以来最古老的星系。根据研究人员的说法,这些天体完全形成于宇宙只有6.8亿年的时候。
研究人员还发现证据表明,这些星系当时向周围释放了大量的紫外线辐射。
那次辐射释放形成了一个巨大的气泡,中性气体在其中被激发和电离,为天文学家提供了第一张直接描绘宇宙中一个重要过渡期的图像。
在黎明前
很久以前,宇宙中没有闪耀的星星。宇宙之初,一切都是均匀的,从一个地方到另一个地方的平均密度几乎相同。这个均匀中性的宇宙与宇宙诞生的初始阶段截然不同。在更早的时候,比如大爆炸后的最初几十万年,我们的宇宙是如此的炎热和致密,以至于处于等离子体状态;不断的近距离碰撞也使得原子分裂成电子和原子核。
然而,当宇宙增长到38万年时,所有的混乱都结束了。当时物质足够分散,温度足够低,电子可以和原子核结合,形成最初的氢原子和氦原子。这一事件的发生释放出大量辐射,持续至今,备受关注。这是宇宙微波背景辐射。
几百万年来,宇宙一直保持这种平静和中立的状态。但随着宇宙的膨胀和冷却,微小的“种子”开始形成,一些气体的密度因为某种偶然的原因略高于周围的环境。这种微小的密度增强使它们具有微小的引力边缘,吸引周围的物质。随着气体质量的增长,它们有更大的引力影响,可以吸收更多的物质。在漫长的岁月里,第一批恒星和星系在寂静、黑暗、中性的宇宙中一点一点地成长。
宇宙的“觉醒
我们不知道第一批恒星是什么时候形成的,但可以肯定的是,它们是以一种巨大而奇妙的方式形成的。随着它们的形成,宇宙不再是中性的,而是电离的。
我们每天接触到的大部分物质都是由完整的原子组成的,所有的原子核都被电子层包围着。化学反应就像一场美丽而复杂的舞蹈,不同原子的电子层快速旋转,相互结合。但事实上,这种情况在宇宙中并不常见。到目前为止,宇宙中绝大多数的物质都是等离子体。就像很久以前,电子和原子核是自由独立存在的。它是太阳的等离子体,其他恒星也是;星云是由等离子体构成的,恒星和星云之间的一切?也是血浆。
宇宙增长到38万年时,从等离子体变成了中性气体。130亿年后的今天,宇宙的大部分又变成了等离子体。宇宙中的大部分原子分裂一定有什么原因。考虑到我们已经尽可能多地观测到等离子体宇宙,追溯到一些最早出现在宇宙舞台上的恒星和星系,不管这种“再电离”的原因是什么,这个过程一定是很久以前发生的。
天文学家认为,第一代恒星释放的极紫外辐射(以及它们作为超新星爆发和消亡的过程)使宇宙再次变成了等离子体。但可悲的是,我们不知道这个变化的确切时间。即使是目前最强大的望远镜,以及最深入的巡天技术,也没有能力回望遥远的宇宙。我们可以清楚地看到宇宙和今天宇宙的微波背景辐射,但中间部分直到现在还是一个未解之谜。
我们不知道第一批恒星何时出现——天文学家将这一事件称为“宇宙的黎明”——也不知道随后的“再电离时代”何时开始。
等离子气泡
这种情况已经开始改变。天文学家正在寻找更古老的星系,研究它们周围的气体,并试图了解宇宙增长和演化的这一重要时期。最近,一个国际研究小组发现了三个星系,它们极其微弱,小得不可思议,距离我们极其遥远。
当我们的宇宙只有6.8亿岁的时候,这些小星系已经完全形成并开始运转。这并不奇怪,因为以前也发现过同样的古老星系。但在这项研究中,研究人员有了新的发现:通过检测这三个星系周围环境发出的辐射,他们发现这些星系已经开始在其周围吹电离等离子体气泡。
换句话说,这些星系释放的辐射已经开始改变周围的宇宙。这是第一个明确的迹象,表明再电离期仍在继续。虽然天文学家推测宇宙在十亿年后被重新电离,但没有人认为这个过程会发生得这么早。
这些星系是即将发射的詹姆斯·韦伯斯特空望远镜的绝佳目标(预计在2021年3月30日),该望远镜是专门为研究宇宙历史上的这一时期而设计的。如果研究结果成立,并且未来可以发现更多再电离的例子,那么我们最终可能能够从宇宙最古老和最暴力的历史中理解这一过渡时期。这项研究的详细内容于1月7日发表在预印本网站arXiv.org上。