天文学家曾认为早期宇宙充满了氢：现在他们已经发现了这一点

天文学家长期以来相信，100多亿年前的早期宇宙里，巨大的氢气云雾环绕着一个个年轻星系，为恒星的疯狂诞生提供原料。

这个信念终于有了压倒性的证据支撑。

由德克萨斯大学奥斯汀分校主导的霍比-埃伯利望远镜暗能量实验（HETDEX）团队，在《天体物理学杂志》上发表了一项重磅研究：他们将已知的氢气晕（即莱曼α星云）数量从约3000个猛增至超过33000个，一举将人类对这类结构的认知扩展了十倍以上。

氢气晕是什么，为什么它们如此重要

在宇宙演化史上，距今100亿至120亿年前的那段时期有一个专门的名字，叫"宇宙正午"。

这是整个宇宙历史中恒星形成速率最高的阶段，星系以惊人的速度生长，每年诞生恒星的数量是今天银河系的数十倍甚至更多。而支撑这种疯狂生长的燃料，正是氢气，宇宙中最丰富的元素，也是恒星的基本构成材料。

莱曼α星云，就是这些氢气储库的可见形式。当星系内部的紫外线辐射激发周围的氢气时，氢原子会发出一种特定波长的光，即莱曼α辐射，形成发光的气体晕笼罩在星系外围。

但问题是，氢气本身极难探测。它不像恒星那样自发光，只有在接收到足够强的辐射能量时才会发出莱曼α光，而且这种信号往往非常微弱，需要极其灵敏的仪器长时间曝光才能捕捉到。过去二十年里，天文学家费尽心力也只积累了约3000个样本，而且几乎全都是最亮、最极端的那一批，中等亮度的大量晕状结构始终隐藏在观测能力的盲区里。

这就像试图研究海洋生物多样性，却只能看见那些会发光的深海鱼，大多数物种根本就不在视野之内。

HETDEX是如何做到的

HETDEX项目的设计初衷其实是研究暗能量，但它的观测方式造就了一台意外强大的氢气晕探测器。

霍比-埃伯利望远镜是世界上口径最大的望远镜之一，而HETDEX为其配备了一套拥有数百根光纤的宽视场光谱仪，每次观测可以同时产生多达10万条光谱。这套系统不是对准某一个特定天体深挖，而是把天空一大片区域的光谱信息全部吞下来，覆盖范围相当于超过2000个满月叠在一起的天空面积。

HETDEX首席研究员、德克萨斯大学天文系主任Karl Gebhardt指出："我们不仅收集了目标星系的数据，还收集了它们之间空旷区域的数据，累计数据量接近5000拍字节，其规模前所未有。"

有了这套系统，研究团队从HETDEX已识别的160多万个早期星系中筛选出亮度最高的7万个，借助德克萨斯高级计算中心的超级计算机逐一分析，寻找每个星系周围是否存在莱曼α晕的迹象，包括中心致密的氢气核心区域和向外延伸的弥散云状外围。

结果将近一半的候选天体都显示出晕状结构的特征，最终确认的样本超过33000个。

这些新发现的氢气晕，在尺寸和形态上远比过去的样本丰富。小的直径数万光年，大的延伸数十万光年。有些形状规则，像一个椭球形气泡笼罩着单个星系；另一些则是形态怪异的不规则团块，几个星系共享一片弥漫的氢气云，触手般的气体延伸伸向四面八方。研究主导者Erin Mentuch Cooper把这些大型不规则晕比喻为"巨大的变形虫"，并表示这些才是最有科学价值的研究对象。

值得注意的是，研究团队认为33000这个数字本身仍是低估。那些亮度最暗的星系，其氢气晕可能太过微弱，以至于即便HETDEX也无法完整呈现其真实尺寸，实际存在的晕状结构数量可能还要更多。

对于早期宇宙星系的形成模型，现有的理论框架大多在技术层面上说得通，但缺乏足够的观测约束来区分哪个更接近真实。有了这份包含33000个样本的统计目录，研究者可以将模型预测与真实分布进行系统比对，逐一检验和修正，那些过去只能靠少数极端样本勉强支撑的推论，将接受更严格的检验。

宇宙正午的那片氢气海洋，终于从猜想变成了可以丈量的事实。