空间02 March 2024

经过米歇尔·斯塔

艾贝尔的视野2744

我们终于知道是什么给早期宇宙的黑暗和无形的空虚带来了光明。

根据来自哈勃和詹姆斯韦伯太空望远镜的数据,在宇宙黎明早期自由飞行的光子的起源是小矮星星系,它们向生命燃烧,清除了充满星际空间的模糊氢的雾。

"这一发现揭示了超模糊星系在早期宇宙演化中所扮演的关键角色," 天体物理学家赖娜·切梅林斯卡说 巴黎天体物理研究所。

他们制造出电离光子,在宇宙电离过程中把中性氢转化为电离等离子体。它强调了理解低质量星系在塑造宇宙历史中的重要性。"

在宇宙开始的几分钟内 大爆炸 空间充满了热的、密集的离子离子雾。如果没有一点光,就不会穿透这道雾;光子只会使漂浮在周围的自由电子散射,有效地使宇宙变得黑暗。

随着宇宙的冷却,大约30万年后,质子和电子开始聚集在一起,形成中性氢(和一点点氦)气体。大多数波长的光可以穿透这一中性介质,但在光源产生它的方式上很少。但是从氢和氦,第一颗恒星诞生了。

这些第一批恒星所发射的辐射强度足以使电子脱离原子核,并使气体重新离子化。 然而,到了这个时候,宇宙已经膨胀到了如此大的程度,以至于气体是扩散的,也无法阻止光的照射。大爆炸之后大约10亿年,即所谓的宇宙黎明时期的结束,宇宙完全被重新认识。大爸!灯亮着。

但是因为宇宙黎明中有太多的黑暗,因为它在遥远的时空中是如此的暗淡,我们很难看到那里有什么。科学家们认为,造成大部分空地的源头一定是强大的--巨大的 黑洞 比如说,它的吸积产生了灼热的光,在恒星形成的阵痛中产生了巨大的星系(小恒星产生了大量的紫外线)。

JWST的设计,部分是为了观察宇宙的黎明,试图看到其中隐藏着什么。它非常成功,揭示了我们宇宙形成的这一关键时刻的各种惊喜。令人惊讶的是,望远镜的观测结果表明,矮星系是重新电离的关键因素。

一个JWST的深场图像,其中一些来源被研究者确定为重新电离的驱动者。( 哈基姆·阿特克/索邦大学/JWST )

由巴黎天体物理研究所的天体物理学家哈基姆·阿特克领导的一个国际研究小组研究了名为Abel2744的星系集群的JWST数据,该数据得到了来自哈勃的数据的支持。艾贝尔2744是如此的密集,以至于时空在它周围扭曲,形成了一个宇宙透镜;任何经过时空的远光都会被放大。这使得研究人员能够在接近宇宙黎明的地方看到微小的矮星系。

然后,他们利用JWST获得这些微小星系的详细光谱。他们的分析表明,不仅这些矮星系是早期宇宙中最丰富的星系类型,它们的亮度也远高于预期。事实上,该研究小组的研究表明,矮星系的数量比大型星系多出100比1,其集体产出是大型星系通常假定的电离辐射的四倍。

"这些宇宙动力共同释放出足够的能量来完成任务," 阿特克说 ."尽管这些低质量星系的体积很小,但它们还是产生了大量的高能辐射,在这一时期,它们的丰富性是如此之大,以至于它们的集体影响能够改变整个宇宙的状态。"

这是重新电离背后力量的最好证据,但还有很多工作要做。研究人员观察了一小片天空;他们需要确保他们的样本不仅仅是一个异常的矮星系团,而是宇宙黎明中整个种群的代表性样本。

他们打算研究天空中更多的宇宙透镜区域,以获取更多早期银河种群的样本。但仅在这个样本上,结果是令人难以置信的兴奋。科学家们一直在寻找重新电离的答案,我们知道的时间也很长。我们就要把雾吹散了。

"我们现在进入了日本科学技术研究所的未知领域," 天体物理学家纳纳雅卡拉说 澳大利亚斯温伯恩理工大学的。

"这项工作提出了一些更令人兴奋的问题,我们需要回答这些问题,以确定我们开始进化的历史。"

研究结果发表于 自然界 .