韦布发现大爆炸后3.3亿年宇宙再电离早期迹象
发布时间: 2025-03-27 15:31:11
丹麦科学家通过詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）检测到了已知最早的处于再电离过程中的星系之一。该发现将宇宙再电离（早期宇宙发生的重要转变）的发生时间推至大爆炸之后至少3.3亿年。相关研究3月27日发表于《自然》。
在极热的宇宙大爆炸后，宇宙逐渐冷却，直至自由质子和电子结合为中性（无电荷）气体，其中大部分为氢和氦，这段时期有时被称为宇宙黑暗时代。
第一批星系点亮了宇宙。尤其是，特定紫外波长的光子（即所谓莱曼连续区）被中性氢吸收，而较短波长的光子则会将气体再电离，使宇宙对莱曼光子变得透明，并使之能穿透到地球。这一时间被称为宇宙再电离，其发生时间尚不确定。
JWST的近期观察发现了在宇宙年龄不到3亿年时就产生紫外辐射的明亮星系，但缺乏关于再电离的直接证据。
哥本哈根大学玻尔研究所的Joris Witstok 和同事报告称， JWST观测到宇宙大爆炸后仅3.3亿年，一个星系（被命名为JADES-GS-z13-1-LA）就出现了再电离信号。
这一明亮发射被认定为Lyman-α，是中性氢从激发状态转变为基态的信号。这意味着这个星系产生了足够的紫外光子来激发中性氢，而且在它与地球之间几乎没有中性氢，来重新吸收氢回到稳定、最低能量状态时释放的Lyman-α光子。
研究者指出，这一再电离的可能来源要么是大质量热恒星，要么是超大质量黑洞。他们总结说，这些发现为了解最早星系的性质带来了新见解，有助于缩小宇宙再电离的开始和时间线范围。
GOODS-S 区域中的 JADES-GS-z13-1（NIRCam 图像，带注释）。深空区域被许多形状各异的星系覆盖，颜色从蓝色到白色再到橙色，还有一些附近的恒星。左侧的方框内放大了显示了一个非常小的正方形。正中央有一个用线条标记的红色点，即一个遥远的星系，并标注了“红移（z）_13”，表明其距离非常遥远。两个更大的星系分别标注为“z_0.63”和“z_0.70”。图片来自：哥本哈根大学
JADES-GS-z13-1（NIRCam特写）。深空的一个小区域放大。可以看到许多形状各异的星系，其中大部分都很小，但有两个星系很大，而且非常明亮。在正中央有一个小红点，那是非常遥远的星系。两束光从左侧进入——这是衍射尖峰，是视觉伪像，由附近一颗刚刚超出视野的明亮恒星引起 。图片来自：哥本哈根大学
相关论文信息：
https://doi.org/10.1038/s41586-025-08779-5
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