天文学家发现迄今为止最古老的星系 宇宙只有6.8亿年的时候已经形成

当天文学家发现最古老的星系宇宙只有6.8亿年的时候,人们的好奇心形成了

据新浪科技报道:对于我们的宇宙来说,第一颗恒星的“觉醒”是一个重要的时刻,但在科学家的眼里,这一刻也是极其难以捉摸的。在一项新的研究中,一组天文学家发现了一些有史以来最古老的星系。据研究人员称,这些天体是在宇宙只有6.8亿年时完全形成的。

研究人员还发现了这些星系向周围释放大量紫外线辐射的证据。

辐射释放形成了巨大的气泡,其中的中性气体被激发并电离,这为天文学家提供了第一张直接描绘宇宙中一个重要过渡时期的图像。

黎明前

很久以前,宇宙中没有闪烁的星星。在宇宙形成之初,所有物质都是非常均匀的,从一个地方到另一个地方的平均密度是相似的。这个统一而中性的宇宙与宇宙诞生的初始阶段大不相同。在早期,比如大爆炸后的最初几十万年,我们的宇宙是如此的热和稠密,以至于处于等离子状态。不断的近距离碰撞也会将原子分裂成电子和原子核。

然而,当宇宙增长到38万年时,所有的混乱都结束了。那时,物质足够分散,温度足够低,电子可以与原子核结合,形成最初的氢和氦原子。这一事件的发生释放了大量的辐射,一直持续到今天,引起了人们的极大关注。这是宇宙微波背景辐射。

数百万年来,宇宙一直保持这种平静和中立的状态。然而,随着宇宙的膨胀和冷却,微小的“种子”开始形成,由于某些偶然的原因,一些气体的密度略高于周围的环境。密度的轻微增加给了它们一个轻微的吸引边缘,吸引周围的物质。随着气体质量的增长,它们有更大的引力影响,并能吸收更多的物质。在漫长的岁月里,第一批恒星和星系在一个安静、黑暗、中性的宇宙中一点一点地成长。

宇宙的“觉醒”。

我们不知道第一批恒星是什么时候形成的,但可以肯定的是,它们以一种巨大而奇妙的方式形成。随着它们的形成,宇宙不再是中性的,而是电离的。

我们每天接触的大多数物质都是由完整的原子组成的,所有的原子核都被电子层包围着。化学反应就像美妙而复杂的舞蹈,不同原子的电子外壳在其中快速旋转并相互结合。但事实上,这种情况在宇宙中并不常见。迄今为止,宇宙中绝大多数物质是等离子体,就像很久以前一样,电子和原子核自由独立地存在。太阳是等离子体,其他恒星也是。星云是由等离子体以及恒星和星云之间的一切组成的?也是血浆。

当宇宙增长到38万年时,它从等离子体变成了中性气体。今天,130亿年后,宇宙的大部分又变成了等离子体。一定有什么原因使宇宙中的大多数原子分裂。考虑到我们已经尽可能地观察到了等离子体宇宙,并追溯到一些最先出现在宇宙舞台上的恒星和星系,不管这种“再电离”的原因是什么,这个过程一定发生在很久以前。

天文学家认为第一代恒星释放的极端紫外线辐射(以及它们的超新星爆炸和死亡过程)已经将宇宙变回等离子体。然而,令人沮丧的是,我们不知道这一变化的确切时间。即使是目前最强大的望远镜和最深入的勘测技术也没有能力回望遥远的宇宙。我们今天可以清楚地看到宇宙微波背景辐射和宇宙,但中间部分至今仍是一个未解之谜。

我们不知道第一颗恒星是什么时候出现的——天文学家称之为“宇宙黎明”——,也不知道随后的“再电离时代”何时开始。

等离子气泡

这种情况已经开始改变。天文学家正在寻找更古老的星系,并研究它们周围的气体,试图了解宇宙成长和演化的这个重要时期。最近,一个国际研究小组发现了三个星系,它们非常弱,非常小,离我们非常远。

当我们的宇宙只有6.8亿年的时候,这些小星系已经完全形成并开始运行。这并不奇怪,因为以前已经发现了相同年龄的星系。然而,在这项研究中,研究人员获得了一项新的发现:通过探测三个星系周围环境发出的辐射,他们发现这些星系已经开始向它们周围吹出电离的等离子体气泡。

换句话说,这些星系释放的辐射已经开始改变周围的宇宙。这是再电离期仍在继续的第一个明显迹象。尽管天文学家推测宇宙在10亿年内完成了再电离,但没人预料到这个过程会发生得这么早。

这些星系是詹姆斯·韦伯太空望远镜发射的完美目标(预计在2021年3月30日),该望远镜是专门为研究这段宇宙历史而设计的。如果研究结果是真的,将来可以发现更多的再电离的例子,那么我们也许最终能够从宇宙最古老和最暴力的历史中理解这个过渡时期。这项研究的详细内容于1月7日公布在预印好的报纸网站arXiv.org上。