我们终于知道《曙光》是如何亮起的

我们可能终于知道是什么首先点亮了早期宇宙的宇宙黎明。

根据哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜的数据，宇宙黎明早期自由飞行光子的起源是小矮星系，它们突然燃烧起来，清除了充满星际空间的浑浊氢雾。一个纸关于该研究于 2024 年 2 月发表。

“这一发现揭示了超微弱星系在早期宇宙演化中发挥的关键作用，”天体物理学家伊琳娜·切梅林斯卡说巴黎天体研究所。

“它们产生电离光子，在宇宙再电离过程中将中性氢转化为电离等离子体。它强调了了解低质量星系在塑造宇宙历史方面的重要性。

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在宇宙开始时，在几分钟内大爆炸，空间中充满了炽热、浓密的电离等离子体雾气。哪怕是一点光，也无法穿透这片雾气;光子只会散射漂浮在周围的自由电子，有效地使宇宙变暗。

随着宇宙冷却，大约 300,000 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。

大多数波长的光都可以穿透这种中性介质，但产生它的光源却很少。但从这种氢和氦中，第一颗恒星诞生了。

第一批恒星发出的辐射强度足以将电子从原子核上剥离并使气体重新电离。然而，此时宇宙已经膨胀得如此之大，以至于气体已经扩散，无法阻止光线照射出来。

在大爆炸（被称为宇宙黎明的时期结束）后大约 10 亿年，宇宙完全再电离。哒！灯亮着。

但由于宇宙黎明中有太多的黑暗，而且由于它如此昏暗和遥远的时空，我们很难看到那里有什么。

科学家们认为，造成大部分清理的来源一定很强大——巨大黑洞例如，它们的吸积会产生炽热的光，以及处于恒星形成阵痛中的大星系（幼星会产生大量紫外线）。

JWST 的设计部分是为了窥视宇宙黎明并试图看看其中潜伏着什么。它非常成功，揭示了我们宇宙形成的这个关键时刻的各种惊喜。令人惊讶的是，望远镜的观测结果现在表明矮星系是再电离的关键角色。

由巴黎天体研究所的天体物理学家哈基姆·阿特克 （Hakim Atek） 领导的一个国际团队转向了 JWST 关于一个名为 Abell 2744 的星系团的数据，并得到了哈勃数据的支持。

阿贝尔 2744 的密度如此之大，以至于时空围绕它扭曲，形成一个宇宙透镜;任何通过时空传播到我们身边的遥远光都会被放大。这使得研究人员能够看到接近宇宙黎明的微小矮星系。

然后，他们使用 JWST 获得了这些微小星系的详细光谱。他们的分析表明，这些矮星系不仅是早期宇宙中最丰富的星系类型，而且它们比预期的要亮得多。

事实上，该团队的研究表明，矮星系的数量是大星系的 100 比 1，它们的集体输出是通常假设的大星系电离辐射的四倍。

“这些宇宙强者共同释放出足够的能量来完成工作，”阿特克说.

“尽管它们的尺寸很小，但这些低质量星系是高能辐射的多产者，而且它们在此期间的丰度如此之大，以至于它们的集体影响可以改变宇宙的整个状态。”

这是迄今为止关于再电离背后力量的最佳证据，但还有更多工作要做。研究人员观察了一小块天空;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，以获得更广泛的早期星系种群样本。但仅仅在这一个样本上，结果就令人难以置信地令人兴奋。自从我们知道再电离以来，科学家们就一直在寻找关于再电离的答案。我们即将终于吹散迷雾。

“我们现在已经通过 JWST 进入了未知领域，”天体物理学家 Themiya Nanayakkara 说澳大利亚斯威本理工大学。

“这项工作提出了更多令人兴奋的问题，我们在努力绘制我们起源的进化历史时需要回答这些问题。”

该研究已发表在自然界.

本文的一个版本最初发表于 2024 年 3 月。

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