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大爆炸后不久一個巨大的星系照亮了宇宙


大爆炸后不久一個巨大的星系照亮了宇宙
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宇宙大爆炸后大約37萬年，宇宙經歷了一段宇宙學家稱之為“宇宙黑暗時代”的時期。在這一時期，宇宙被熾熱的致密等離子體所遮蔽，遮住了所有的可見光，使天文學家看不到它。當第一批恒星和星系在接下來的幾億年中形成時，它們發出的輻射使這一等離子體電離，使宇宙變得透明。
目前最大的宇宙學謎團之一就是“宇宙再電離” 是何時開始的。為了找出答案，天文學家們一直在向宇宙深處以及更遠的時間觀察，以發現第一批可見的星系。英國倫敦大學學院天文學家團隊已經觀測到一個發光的星系，它在130億年前正在對星系間介質進行電離。

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可觀測的宇宙
研究宇宙早期這個時期存在的星系，對于理解宇宙的起源以及隨后的演化至關重要。根據我們目前的宇宙學模型，第一批星系是由凝聚的恒星團形成的，而恒星團又是宇宙中第一批恒星聚集在一起時形成的。
隨著時間的推移，這些星系噴射出的輻射使星系間介質（IGM）中的中性氣體失去了電子，也就是電離過程。天文學家知道這一點，因為我們有明確的證據，以宇宙黑暗時代的形式和今天宇宙的透明方式。但這一切是如何發生的，何時發生的，這些關鍵問題仍然是未知的。
梅耶爾博士說：“通過觀察遙遠的星系，我們看到了早期的宇宙，因為光在到達我們之前已經旅行了數十億年。這很奇妙，因為我們可以看到數十億年前的星系是什么樣子的，但它也有幾個缺點。”

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哈勃成像中的星系A370p_z1和放大圖像
【 大爆炸后不久一個巨大的星系照亮了宇宙】首先，遙遠的天體非常微弱，只能用最強大的地基和天基望遠鏡來觀測。在這個距離上，還有一個棘手的問題就是紅移，宇宙的膨脹導致來自遙遠星系的光的波長向光譜的紅色端延伸。
在幾十億年前的星系的情況下，光已經被移動到只有可見的紅外線的地步。為了看清A370p_z1這個130億光年外的發光星系，梅耶博士團隊查閱了來自哈勃前沿領域計劃的數據。
梅耶爾博士說，哈勃數據表明，這個星系的紅移非常大，說明它特別古老。然后他們用甚大望遠鏡（VLT）進行了后續觀測，以更好地了解這個星系的光譜。他們特別尋找了電離氫所發出的亮線，也就是所謂的萊曼·阿爾法線。
梅耶爾博士表示，最大的驚喜是發現探測到的線是一條雙線。這在早期星系中是極其罕見的，這只是我們所知道的第四個在前十億年中擁有雙萊曼·阿爾法線的星系。雙萊曼·阿爾法線的好處是，科學家可以用它們來推斷早期星系的一個非常重要的量：它們泄漏到星系間介質中的高能光子有多少。

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萊曼·阿爾法線
另一個大的驚喜是，A370p_z1似乎把60%到100%的電離光子放進了星系間空間，很可能是它周圍的氣泡星系間介質被電離的原因。離銀河系較近的星系，逃逸分率通常為5%左右，在一些罕見的情況下為50%，但對星系間介質的觀測表明，早期星系的逃逸分率平均在10-20%。
這一發現極為重要，因為它可以幫助解決宇宙學界正在進行的一場爭論。直到現在，關于何時以及如何發生電離的問題，已經產生了兩種可能的情況。一種，是眾多微弱星系的群體泄露了大約10%的高能光子。在另一種情況下，它是由發光星系組成的 ""寡頭星系""，其泄漏光子的比例要大得多，50%或更多。
無論哪種情況，迄今為止的證據都表明，第一批星系與今天的星系截然不同。梅耶爾博士說：“發現一個幾乎100%逃逸的星系真的很好，因為它證實了天體物理學家的推測，即，早期星系與現在的天體非常不同，而且泄漏高能光子的效率更高。”
研究電離時代星系的萊曼·阿爾法線一直都很困難，因為它們被中性氣體所包圍，而中性氣體會吸收這種標志性的氫氣發射。然而，現在有強有力的證據表明，在大爆炸后8億年，電離已經完成，而且很可能是幾個發光的星系造成的。
很可能是幾個發光的星系造成宇宙大爆炸后的電離
如果梅耶爾博士和他的同事所觀察到的是典型的再電離時代星系，那么我們可以假設，再電離是由一小群星系造成的，這些星系周圍產生了大量電離氣體的氣泡，這些氣泡不斷增長和重疊。正如梅耶爾博士所解釋的那樣，這一發現可以為創建一個新的宇宙學模型指明方向，該模型可以準確地預測早期宇宙中的重大變化是如何以及何時發生的。

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