第一代星系形成時(shí)期有了更嚴(yán)格界定
再電離時(shí)代從宇宙2.5億歲開始持續(xù)了不到5億年
9月4日?qǐng)?bào)道，美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校和芝加哥大學(xué)的研究人員通過分析南極望遠(yuǎn)鏡的最新數(shù)據(jù)，對(duì)大爆炸之后第一代大質(zhì)量星系開始形成和持續(xù)的時(shí)間進(jìn)行了更明確界定。這一時(shí)期被稱為“再電離時(shí)代”，其發(fā)生比人們預(yù)想的更快，也結(jié)束得更早。
加州大學(xué)伯克利分校伯克利宇宙物理學(xué)中心（BCCP）博士后奧利弗·扎恩說，極端明亮、活躍的星系的形成全面照亮了宇宙，這一時(shí)間約在宇宙7.5億歲的時(shí)候，也就是大約130億年前。他領(lǐng)導(dǎo)了對(duì)數(shù)據(jù)的分析，這些數(shù)據(jù)為宇宙的第一個(gè)星系形成時(shí)期——再電離時(shí)代提供了新的限制條件。
大部分天文學(xué)家認(rèn)為，早期恒星從大質(zhì)量氣體星云誕生，由此而產(chǎn)生了第一代星系。這些恒星發(fā)出高能量的光，使星系內(nèi)外的氫氣電離，生成了跨越數(shù)百萬(wàn)光年的“電離泡泡”，在宇宙背景輻射（CMB）上留下了持久的信息特征。宇宙背景輻射是早期宇宙遺留下來(lái)的光，今天的天空中隨處可見。
“我們發(fā)現(xiàn)，再電離時(shí)代從宇宙2.5億歲以后開始，持續(xù)了不到5億年。”扎恩說，“此前科學(xué)家認(rèn)為再電離時(shí)代持續(xù)了7.5億年或者更長(zhǎng)，也沒有證據(jù)顯示這一時(shí)代何時(shí)開始。”
第一個(gè)電離時(shí)期是在宇宙大爆炸之后，一切事物都極熱，所有氣體、絕大部分氫氣都被電離。到宇宙大約40萬(wàn)歲時(shí)，冷卻到了一定程度，電子才能圍繞在質(zhì)子周圍形成中性氫原子。
論文合著者、芝加哥大學(xué)的約翰·卡爾斯托姆說：“研究再電離時(shí)代非常重要，這是我們研究第一代恒星和星系的少數(shù)途徑之一。我們還不知道第一代恒星形成的確切時(shí)間，或者再電離過程開始于何時(shí)，但理解這些現(xiàn)象是非常重要的，因?yàn)樗鼈儤O大地影響了宇宙后期結(jié)構(gòu)的形成。”這一時(shí)期持續(xù)時(shí)間并不長(zhǎng)，這也表明擁有十多億顆恒星的巨大星系在再電離時(shí)代扮演了關(guān)鍵角色，因?yàn)楦〉男窍禃?huì)形成得更早。
南極望遠(yuǎn)鏡高75英尺，位于阿蒙森—斯科特南極觀測(cè)站，專門用于探測(cè)宇宙微波背景中的再電離信號(hào)，讓天文學(xué)家能檢測(cè)部分電離階段的范圍。新研究還結(jié)合來(lái)自WMAP（威爾金森微波各向異性探測(cè)）衛(wèi)星的較早期數(shù)據(jù)。“我們的數(shù)據(jù)最可能告訴你再電離時(shí)代持續(xù)了多久，WMAP最可能告你它平均是什么時(shí)候開始的，二者結(jié)合就能知道電離隨時(shí)間的演化進(jìn)程。”扎恩說。
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