宇宙即将醒来？古老星系揭示宇宙转变过程

对我们的宇宙而言，第一批恒星的醒来是一个重要时刻，但在科学家看来，这个时刻也异常难以捉摸。在一项新的研究中，天文学家发现了一些迄今为止所见过的最古老的星系。根据研究人员的说法，当宇宙只有6.8亿年的时候，这些天体就已经完全形成了。这些星系当时向周围释放了大量的紫外线辐射，那次辐射释放形成了巨大的气泡。中性气体在气泡中被激发和电离，为天文学家提供了第一张直接描绘宇宙中一个重要转变时期的图像。

很久以前宇宙中还没有恒星闪耀，在宇宙形成初期，一切物质都很均匀。从一个地方到另一个地方的平均密度都差不多。这种均匀、中性的宇宙与宇宙诞生的最初阶段相比有很大的不同。在更早时期，比如大爆炸后的最初几十万年，我们的宇宙是如此的炽热和稠密，以至于呈现为等离子体状态，不断的紧密碰撞也使原子裂解成电子和原子核。然而，当宇宙成长到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，使电子可以与原子核结合，形成最初的氢原子和氦原子。这一事件的发生释放了大量的辐射，一直延续到了今天，并且备受关注，这就是宇宙微波背景辐射。

数百万年以来，宇宙一直保持着这种平静、中性的状态。但随着宇宙的膨胀和冷却，微笑的种子开始形成，一些气体的密度由于某种偶然原因，而比周围的环境稍微大一些。这种微小的密度增强使他们具有了微小的引力边缘，将周围的物质吸引过来。随着气体团的增长，他们有了更大的引力影响，可以吸收更多的物质，在漫长的岁月中，第一批恒星和星系就在寂静、黑暗、中性的宇宙中，一点一点的成长。

我们不知道第一批恒星在什么时候形成。但可以确定的是，他们是以一种巨大而奇妙的方式形成的。随着他们的形成，宇宙也不在中性，而是发生了电离，我们每天接触的大部分物质都是由完整的原子构成的，而所有的原子核都被电子壳层包围着。化学反应就如同美妙而复杂的舞蹈，不同原子的电子壳层在其中快速的旋转并相互结合。但实际上这种情况在宇宙中并不常见。

到目前为止，宇宙中绝大多数物质都是等离子体。就和很久很久以前一样，电子和原子核自由的独立存在。太阳是等离子体，其他恒星也是等离子体。星云由等离子体组成，而恒星和星云之间的所有物质也是等离子体。当宇宙成长到38万年时，从等离子体变成了中性气体。今天在130亿年之后，大部分的宇宙又变成了等离子体。一定是有什么原因将大部分宇宙中的原子分裂了。考虑到我们已经对等离子体宇宙进行了尽可能地观察。追溯到了最早出现在宇宙舞台上的一些恒星和星系，因此无论这种再电离的原因是什么，这一过程肯定在很早以前就发生了。

第一颗，或者说第一批恒星都是非常非常巨大的恒星。科学家利用计算机进行了相关的模拟，结果显示宇宙中的第一批恒星都有太阳100倍的质量。不过这个数据也只是猜测，或者说这就是再电离期留给科学家的第一个未解之谜。总之基本可以确定他们真的非常巨大，大质量的恒星意味着更快的核聚变。他们迅速掏空自己的身体然后爆炸了。炸是炸了，但是他们用短暂的生命完成了宇宙最重要的转变。他们的光芒照亮了黑暗的宇宙，结束了宇宙的黑暗时代。他们发射出的紫外光将宇宙中的氢原子电离，于是当我们今天向宇宙深处望去时，几乎找不到氢原子。绝大部分都是被电离后落入在宇宙空间的质子。

再电离期是一个漫长的过程，大约开始于宇宙大爆炸的3亿年后。天文学家认为第一代恒星以及他们作为超新星爆发并死亡的过程释放出的极端紫外线辐射，使宇宙重新变成了等离子体。根据2017年中国、美国、智利三国天文学联合团队对一个宇宙早期星系观测的数据，大约在宇宙大爆炸八亿年后，再电离完成了50%。2000年，日本和美国的联合团队在斯隆数字巡天项目中，对一个类星体的氢进行了检测，得出结论：再电离过程结束于宇宙大爆炸的10亿年后。看起来这个时期好像还挺容易理解的。

正所谓外行看热闹，内行看门道。天文学家在研究的时候发现了问题，2017年天文学家发现了类星体J1342+0928。这个类星体的核心有一个超大质量黑洞，它的质量相当于8亿个太阳。也就是说，令人沮丧的是我们目前为止也无法知道这一变化发生的确切时间。即使是目前最强大的望远镜以及最深入的勘测技术也没有能力回望那么久远的宇宙，我们可以清楚地看到宇宙微波背景辐射，也可以清楚地看到今天的宇宙。但中间部分直到现在仍是一个未解之谜。我们不知道第一批恒星何时出现，天文学家将该事件称为宇宙黎明。我们也不知道随后的再电离时代何时开始，等离子体泡，这种情况已经开始改变，天文学家正在寻找更加古老的星系。对他们周围的气体进行研究，试图了解宇宙成长和演化中这个重要的时期。

最近一个国际研究小组发现了三个星系，他们极其微弱，也小得令人难以置信，并且距离我们异常遥远。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作了。这并不奇怪，因为此前也发现过同样古老的星系，但在这项研究中，研究人员获得了一个新发现。通过检测这三个星系附近环境所发出的辐射。他们发现这些星系已经开始向他们的周围吹出电离的等离子体泡。换句话说，从这些星系中释放的辐射已经开始改变周围的宇宙。这是第一个表明在电离时期仍在继续的明确迹象。尽管天文学家推测宇宙在10亿年时已经完成了再电离，但没有人想到这一过程会发生得如此之早。

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