北京時間2月11日消息，對我們的宇宙而言，第一批恒星的“醒來”是一個重要時刻，但在科學(xué)家看來，這個時刻也異常難以捉摸。

在一項新的研究中，一組天文學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一些迄今為止所見過的最古老的星系。根據(jù)研究人員的說法，當宇宙只有6.8億年的時候，這些天體就已經(jīng)完全形成了。研究人員還發(fā)現(xiàn)了證據(jù)，表明這些星系當時向周圍釋放了大量的紫外線輻射。

那次輻射釋放形成了巨大的氣泡，中性氣體在氣泡中被激發(fā)和電離，為天文學(xué)家提供了第一張直接描繪宇宙中一個重要轉(zhuǎn)變時期的圖像。

黎明之前

很久以前，宇宙中還沒有恒星閃耀。在宇宙形成初期，一切物質(zhì)都很均勻，從一個地方到另一個地方的平均密度都差不多。這種均勻、中性的宇宙，與宇宙誕生的最初階段相比有很大的不同。在更早時期，比如大爆炸后的最初幾十萬年，我們的宇宙是如此的炙熱和稠密，以至于呈現(xiàn)為等離子體狀態(tài);不斷的緊密碰撞也使原子裂解成電子和原子核。

然而，當宇宙成長到38萬年時，所有的混亂都結(jié)束了。那時，物質(zhì)足夠分散，溫度足夠低，使電子可以與原子核結(jié)合，形成最初的氫原子和氦原子。這一事件的發(fā)生釋放了大量的輻射，一直延續(xù)到了今天，并且備受關(guān)注，這就是宇宙微波背景輻射。

數(shù)百萬年以來，宇宙一直保持著這種平靜、中性的狀態(tài)。但隨著宇宙的膨脹和冷卻，微小的“種子”開始形成，一些氣體的密度由于某種偶然原因而比周圍的環(huán)境稍微大一些。這種微小的密度增強使它們具有了微小的引力邊緣，將周圍的物質(zhì)吸引過來。隨著氣體團的增長，它們有了更大的引力影響，可以吸收更多的物質(zhì)。在漫長的歲月中，第一批恒星和星系就在寂靜、黑暗、中性的宇宙中一點一點地成長。

宇宙的“蘇醒”

我們不知道第一批恒星在什么時候形成，但可以確定的是，它們是以一種巨大而奇妙的方式形成的。隨著它們的形成，宇宙也不再中性，而是發(fā)生了電離。

我們每天接觸的大部分物質(zhì)都是由完整的原子構(gòu)成的，而所有的原子核都被電子殼層包圍著?；瘜W(xué)反應(yīng)就如同美妙而復(fù)雜的舞蹈，不同原子的電子殼層在其中快速地旋轉(zhuǎn)并相互結(jié)合。但實際上，這種情況在宇宙中并不常見。到目前為止，宇宙中絕大多數(shù)物質(zhì)都是等離子體，就和很久很久以前一樣，電子和原子核自由地獨立存在。太陽是等離子體，其他恒星也是等離子體;星云由等離子體組成，而恒星和星云之間的所有物質(zhì)?也是等離子體。

當宇宙成長到38萬年時，從等離子體變成了中性氣體。今天，在130億年之后，大部分的宇宙又變成了等離子體。一定是有什么原因?qū)⒋蟛糠钟钪嬷械脑臃至蚜?。考慮到我們已經(jīng)對等離子體宇宙進行了盡可能的觀察，追溯到了最早出現(xiàn)在宇宙舞臺上的一些恒星和星系，因此無論這種“再電離”的原因是什么，這一過程肯定在很早以前就發(fā)生了。

天文學(xué)家認為，第一代恒星(以及它們作為超新星爆發(fā)并死亡的過程)釋放出的極端紫外輻射使宇宙重新變成了等離子體。但令人沮喪的是，我們不知道這一變化發(fā)生的確切時間。即使是目前最強大的望遠鏡，以及最深入的勘測技術(shù)，也沒有能力回望那么久遠的宇宙。我們可以清楚地看到宇宙微波背景輻射，也可以清楚地看到今天的宇宙，但中間部分直到現(xiàn)在仍是一個未解之謎。

我們不知道第一批恒星何時出現(xiàn)——天文學(xué)家將該事件稱為“宇宙黎明”——我們也不知道隨后的“再電離時代”何時開始。

等離子體泡

這種情況已經(jīng)開始改變。天文學(xué)家正在尋找更加古老的星系，對它們周圍的氣體進行研究，試圖了解宇宙成長和演化中這個重要的時期。最近，一個國際研究小組發(fā)現(xiàn)了三個星系，它們極其微弱，也小得令人難以置信，并且距離我們異常遙遠。

當我們的宇宙只有6.8億年的時候，這些小星系已經(jīng)完全形成并開始運作了。這并不奇怪，因為此前也發(fā)現(xiàn)過同樣古老的星系。但在這項研究中，研究人員獲得了一個新發(fā)現(xiàn)：通過檢測這三個星系附近環(huán)境所發(fā)出的輻射，他們發(fā)現(xiàn)這些星系已經(jīng)開始向它們的周圍吹出電離的等離子體泡。

換句話說，從這些星系中釋放的輻射已經(jīng)開始改變周圍的宇宙。這是第一個表明再電離時期仍在繼續(xù)的明確跡象。盡管天文學(xué)家推測宇宙在十億年時已經(jīng)完成了再電離，但沒有人想到這一過程會發(fā)生得如此之早。

這些星系是即將發(fā)射(預(yù)計在2021年3月30日)的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的絕佳目標，該望遠鏡正是為研究宇宙歷史的這一時期而專門設(shè)計的。如果研究結(jié)果成立，并且未來能發(fā)現(xiàn)更多再電離的例子，那我們或許最終能夠從宇宙最古老、劇烈的歷史中理解這一轉(zhuǎn)變時期。關(guān)于該研究的詳細內(nèi)容已于1月7日發(fā)表在預(yù)印本論文網(wǎng)站arXiv.org上。(任天)