天文科普:宇宙是何時“蘇醒”的?
來源:新浪科技
發布時間:2020-06-06
瀏覽次數:1403

  據國外媒體(ti) 報道,對我們(men) 的宇宙而言,第一批恒星的蘇醒無疑是個(ge) 重要時刻。但這一時刻對科學家而言始終顯得極為(wei) 神秘。

  不過在一項新研究中,一支天文學家團隊成功發現了一些迄今為(wei) 止見過的最古老的星係。科學家指出,這些天體(ti) 早在宇宙隻有6.8億(yi) 歲時,就已經完全成型了。他們(men) 還發現了一些證據,證明這些星係曾向四周發出過大量極強的紫外輻射。

  這波洶湧的紫外輻射在宇宙中形成了許多巨大的泡泡,中性氣體(ti) 在其中受到激發和電離,為(wei) 天文學家呈現了宇宙這一重大變革時期的首個(ge) 直觀圖像。

  黎明之前

  很久很久以前,宇宙中一度沒有一顆星辰閃耀。在宇宙形成早期,所有物質都非常均勻,各處的密度都差不多,頗為(wei) 無趣。

  當時的宇宙也十分“中性”,這倒是與(yu) 宇宙剛形成時不太一樣。在大爆炸發生後的幾十萬(wan) 年內(nei) ,宇宙極為(wei) 熾熱和稠密,四處充斥著等離子體(ti) 。原子也在巨大的拉扯下,被分離成了電子和原子核。

  但到了宇宙38萬(wan) 歲時,這種混亂(luan) 局麵終於(yu) 宣告結束。宇宙擴張到了足夠大,溫度也降到了足夠低,電子終於(yu) 能與(yu) 原子核結合起來、形成了第一批氫原子和氦原子。在這一係列事件發生的過程中,還釋放出了巨量輻射,也就是我們(men) 如今所說的“宇宙微波背景”。

  在此之後的千百萬(wan) 年間,宇宙始終維持著這種安靜的中性狀態。但隨著宇宙進一步擴張、溫度進一步降低,一些小小的“種子”開始逐漸形成,即一些偶然形成的、密度比周圍稍大的氣體(ti) 團塊。這讓它們(men) 擁有了比周圍更大的引力,可以將四周的物質吸引過來。隨著質量逐漸增長,它們(men) 的引力也越來越大,吸引的物質越來越多。隨著時間的流逝,寂靜、黑暗、中性的宇宙就這麽(me) 孕育出了第一批恒星和星係。

  黎明降臨(lin)

  我們(men) 並不清楚第一批恒星究竟是何時形成的,但它們(men) 形成時的場麵一定十分盛大而壯觀。因為(wei) 此時的宇宙已經不再呈中性、而是被電離了。

  我們(men) 平時接觸到的物質大多都由完整的原子構成,原子核由外層電子規規矩矩地包圍著。這些電子在原子外層來回飛奔,與(yu) 其它電子相互結合,產(chan) 生我們(men) 所說的化學反應。

  但這種情況其實非常獨特。到目前為(wei) 止,宇宙中的大部分物質都是等離子體(ti) ,就像很久很久以前、電子和原子核各自“分居”一樣。太陽由等離子體(ti) 構成,其它恒星由等離子體(ti) 構成,星雲(yun) 也由等離子體(ti) 構成,恒星和星雲(yun) 之間的物質也都是等離子體(ti) 。

  在宇宙形成38萬(wan) 年時,其中的等離子體(ti) 一度轉化成了中性氣體(ti) 。但在130億(yi) 年後的今天,宇宙中的大部分物質又重新變成了等離子體(ti) 。在此期間一定發生了什麽(me) 特殊的事情,將宇宙中的原子又撕裂了開來。既然在我們(men) 可觀測的宇宙範圍內(nei) 全都是等離子體(ti) ,一直到宇宙中出現的第一批宇宙和星係都是如此,說明造成這種“再電離化”的事件一定發生在很久很久以前。

  天文學家認為(wei) ,也許是初代恒星(和它們(men) 死亡時的超新星爆發)發出的大量紫外輻射將整個(ge) 宇宙變回了等離子體(ti) 狀態。但我們(men) 並不清楚該事件發生的確切時間。即使是最強大的望遠鏡和深空探測任務也暫時無法看到這麽(me) 久之前的情況。我們(men) 可以清楚地看到宇宙微波背景,也能清楚地看到今時今日的宇宙,但介於(yu) 這兩(liang) 者之間發生的事情卻仍是一個(ge) 未解之謎。也就是說,我們(men) 既不知道第一批恒星是何時出現的(即天文學家所謂的“宇宙黎明”),也不知道在此之後的“再電離期”是何時開始的。

  “吹泡泡”

  但這種形勢已經有所改變。為(wei) 了了解宇宙成長與(yu) 演化過程中的這段關(guan) 鍵“青春期”,我們(men) 正在尋找越來越古老的星係,同時對它們(men) 周圍的氣體(ti) 也展開了調查。就在最近,一支國際研究人員團隊剛剛發現了三個(ge) 光芒極弱、體(ti) 積極小、且距我們(men) 極為(wei) 遙遠的星係。

  這些星係早在宇宙隻有6.8億(yi) 歲時就已經完全成型了。這倒沒什麽(me) 驚人的,畢竟我們(men) 此前也發現過這麽(me) 古老的星係。但在此次研究中,研究人員分析了這三個(ge) 星係周圍環境中的輻射,結果發現,這些星係已經開始向周圍宇宙中吹出電離化的等離子體(ti) “泡泡”了。也就是說,這些星係發出的輻射已經開始使周邊宇宙發生轉變了。這是我們(men) 首次發現宇宙處於(yu) 再電離時期的清晰跡象。雖然天文學家此前已經推測出,再電離化在宇宙滿10億(yi) 歲前便已結束,但沒人想到它竟會(hui) 開始得這麽(me) 早。

  這些星係將成為(wei) 即將發射的詹姆斯·韋伯望遠鏡的絕佳觀測對象,因為(wei) 該望遠鏡正是為(wei) 了研究宇宙曆史上的這一時期而設計的。若觀測結果符合科學家的猜測,並且能找到更多再電離化的實例,我們(men) 也許總算能對宇宙這段古老而動蕩的過往有所了解了。(葉子)

關(guan) 注【深圳科普】微信公眾(zhong) 號,在對話框:
回複【最新活動】,了解近期科普活動
回複【科普行】,了解最新深圳科普行活動
回複【研學營】,了解最新科普研學營
回複【科普課堂】,了解最新科普課堂
回複【科普書(shu) 籍】,了解最新科普書(shu) 籍
回複【團體(ti) 定製】,了解最新團體(ti) 定製活動
回複【科普基地】,了解深圳科普基地詳情
回複【科學防控】,學習(xi) 疫情相關(guan) 科普星空体育官网入口网站
 

聽說,打賞我的人最後都找到了真愛。
做科普,我們是認真的!
掃描關注深i科普公眾號
加入科普活動群
  • 參加最新科普活動
  • 認識科普小朋友
  • 成為科學小記者