照亮宇宙的第一缕光从何而来？早期星系样本揭

在宇宙大爆炸后的漫长岁月中，宇宙经历了从混沌到有序的演变。大约30万年后，宇宙进入了一个被称为“黑暗时代”的时期。这一时期，宇宙被大量的中性氢所充斥，时间仿佛凝固，没有恒星，没有星系，宇宙一片寂静。

在这无尽的黑暗中，一场革命性的变化正在酝酿。中国科技大学王俊贤教授和中科院上海天文台的郑振亚研究员及其团队，最近取得了突破性的研究成果。他们观测到了一个宇宙早期的星系样本，这个样本揭示了在宇宙大爆炸后约8亿年时的情景。当时，星际介质中的氢电离比例约为50%，这意味着宇宙正在逐渐从黑暗时代走向光明。

这一时期的问题极具挑战性。想象一下，我们的宇宙起源于一次温度高达10亿摄氏度的大爆炸。氢和氦元素由此诞生，而氢元素占据了大约90%的比例。刚开始，宇宙是一锅沸腾的热粥，氢元素处于电离状态，宇宙是明亮的。但随着宇宙的冷却，氢元素逐渐变成中性，开始吸收宇宙中的紫外光，使其无法传播。这就导致了宇宙的黑暗时代。

宇宙的演变并未就此停止。在引力作用下，宇宙的结构开始形成，诞生了第一代恒星和星系。这些恒星产生的紫外光子形成了许多电离泡，加速了星际介质的电离过程。在某个特殊阶段，整个宇宙的星际介质再次变成电离环境，标志着黑暗时代的结束和宇宙的新纪元。

这个过程被称为“再电离”。虽然天文学家知道这一过程发生在宇宙大爆炸后的3亿至10亿年之间，但对于再电离的详细过程和第一代星系的形成时间，一直是天体物理领域极具挑战性的问题。

为了研究这一过程，科学家们付出了巨大的努力。假设一个来自宇宙大爆炸的光子，一直在不断地旅行。如果我们能够解读它所携带的信息，就能窥见宇宙早期的样子。现在，最远的宇宙信号来自宇宙微波背景辐射。研究再电离时期的方法并不仅限于此。结合对早期类星体、伽马爆发和恒星形成星系的研究，科学家们获得了再电离的演化历史。早期宇宙的类星体数量稀少，伽马爆发难以捕捉，因此早期宇宙的恒星形成星系成为了研究再电离的热点。这些天体所辐射的莱曼阿尔法光子，一直是科学家们探测再电离的关键手段。

王俊贤教授发起的国际研究项目“宇宙再电离时期的莱曼阿尔法星系”（LAGER），通过对宇宙年龄8亿年处的莱曼阿尔法星系进行探测，发现了这批样本是该宇宙年龄处的最大星系样本。分析显示，莱曼阿尔法星系的数量在宇宙年龄10亿年处是宇宙年龄8亿年处的四倍。这表明再电离过程始于更早期，且在宇宙年龄8亿年处仍处于一半电离一半中性状态，且过程是非均匀的。这一发现为我们揭示了宇宙演变的神秘面纱的一角。这一重大发现揭示了一个令人惊叹的事实：在宇宙尚未到达其当前年龄的6%之际，一场宛如浓雾的宇宙现象已经开始逐渐消散。此时的宇宙正处于一个特殊时期，其电离程度高达50%，给这个神秘又浩渺的空间带来了全新的变化。而在更早之前，也就是宇宙年龄达到8亿年之前，早期宇宙的第一代星系就已经开始形成。这些星系的诞生，无疑是宇宙演化历程中的璀璨明珠，它们见证了宇宙从混沌走向有序，从简单走向复杂的过程。

在浩瀚的宇宙中，每一颗星辰都是一个故事，每一代星系的诞生都承载着宇宙演化的秘密。这些早期星系的诞生，为我们揭示了宇宙的神秘面纱，让我们对宇宙有了更深入的了解。它们如同夜空中的灯塔，照亮了我们对宇宙的认知之路。

这场宇宙中的“大雾”消散，如同一个奇妙的转折点，标志着宇宙从一个阶段迈向另一个阶段。在这一时期，宇宙的构造和物质分布发生了深刻变化，为后来的宇宙演化奠定了基础。这一切的变化，都伴随着第一代星系的诞生和成长。这些星系在宇宙中扮演着重要的角色，它们见证了宇宙的诞生和成长历程，也为我们揭示了宇宙的奥秘和未来。

这一发现为我们描绘了一幅早期宇宙的壮丽画卷。在这幅画卷中，宇宙的演化历程被生动地展现出来，让我们感受到了宇宙的壮丽和神秘。而我们作为宇宙中的一份子，有责任也有义务去这些奥秘，让人类更好地认识宇宙，为未来的之旅打下坚实的基础。作者：黄海华（网络来源）