大爆炸后大约40万年，宇宙是一片黑暗。宇宙爆炸产生的光芒已经冷却，空间充满了稠密的气体——主要是氢气——没有光源。

　　经过几亿年的时间，这些气体被重力吸引成团，最终，这些团块变得足够大，可以点燃。这就是第一批恒星。

　　起初，它们发出的光并没有传播很远，因为大部分光线被一团氢气雾吸收了。然而，随着越来越多的恒星形成，它们产生了足够的光，通过“再电离”气体来燃烧掉雾——创造了我们今天看到的点缀着明亮光点的透明宇宙。

　　但究竟是哪些恒星产生的光结束了黑暗时代，引发了所谓的“再电离时代”?在发表在《自然》杂志上的一项研究中，我们用一个巨大的星系团作为放大镜，凝视着这个时代的微弱遗迹，发现小而暗淡的矮星系中的恒星很可能是这种宇宙尺度转变的原因。

　　大多数天文学家已经同意，星系是宇宙再电离的主要力量，但尚不清楚它们是如何做到的。我们知道星系中的恒星应该产生大量的电离光子，但这些光子需要逃离星系内的尘埃和气体，才能在星系之间的空间中电离氢。

　　目前还不清楚什么样的星系能够产生和发射足够的光子来完成这项工作。(事实上，有些人认为更奇特的物体，比如大黑洞，可能是罪魁祸首。)

　　在星系理论的支持者中有两个阵营。

　　第一种认为巨大的星系产生了电离光子。在早期的宇宙中，这样的星系并不多，但每个星系都会产生大量的光。所以，如果有一部分光成功地逃脱了，它可能已经足以使宇宙再电离。

　　第二个阵营认为，我们最好忽略巨大的星系，把注意力集中在早期宇宙中大量小得多的星系上。它们每一个产生的电离光都要少得多，但考虑到它们数量的重量，它们可能会推动再电离时代的到来。

　　一个四百万光年宽的放大镜

　　试图观察早期宇宙中的任何事物都是非常困难的。大质量星系非常罕见，所以很难被发现。较小的星系更常见，但它们非常微弱，这使得获得高质量数据变得困难(也昂贵)。

　　我们想看看周围一些最微弱的星系，所以我们用了一个叫做潘多拉星系团的巨大星系群作为放大镜。星团的巨大质量扭曲了空间和时间，放大了它后面物体发出的光。

　　作为揭开计划的一部分，我们用詹姆斯·韦伯太空望远镜观察了潘多拉星团后面微弱星系的放大红外图像。

　　我们首先观察了许多不同的星系，然后选择了几个特别遥远(因此也很古老)的星系进行更仔细的研究。(这种近距离的检查是昂贵的，所以我们只能更详细地观察8个星系。)

　　我们选择了当时银河系亮度的0.5%左右的一些光源，并检查了电离氢的发光。这些星系是如此微弱，多亏了潘多拉星团的放大效应，它们才被看到。

　　我们的观测证实了这些小星系在早期宇宙中确实存在。更重要的是，我们证实它们产生的电离光大约是我们认为“正常”的四倍。这是我们基于对早期恒星形成方式的理解所预测的最大值。

　　因为这些星系产生了如此多的电离光，所以只有一小部分电离光需要逃逸才能使宇宙再电离。

　　以前，我们认为，如果这些较小的星系是再电离的主要贡献者，那么大约20%的电离光子需要从这些星系中逃逸出来。我们的新数据表明，即使是5%也足够了——这大约是我们看到的从现代星系中逃逸的电离光子的比例。

　　所以现在我们可以自信地说，这些较小的星系可能在再电离时期扮演了非常重要的角色。然而，我们的研究只基于八个星系，它们都接近一条视线。为了证实我们的结果，我们需要观察天空的不同部分。

　　我们计划进行新的观测，以宇宙中其他地方的大型星系团为目标，寻找更多放大的、微弱的星系进行测试。如果一切顺利，我们将在几年内得到一些答案。

　　由The Conversation提供

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　　引文:是什么结束了早期宇宙的“黑暗时代”?新的韦伯数据使我们更接近于解决2024年3月2日从https://phys.org/news/2024-02-dark-ages-early-universe-webb.html获取的谜团

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