大爆炸后 11 亿年,曙光驱散氢之迷雾,宇宙度过黎明期

大爆炸后 11 亿年 曙光驱散氢之迷雾 宇宙度过黎明期

数千万年来，我们新生的宇宙一直被氢元素所笼罩。黎明时分，这片巨大的雾气被第一批星星的光芒撕裂了，黎明定义了新兴宇宙的形状。

为这洪荒巨变制定时间表将大大有助于我们了解宇宙的演化，但到目前为止，我们最好的尝试都是基于低质量数据的模糊估计。

由德国马克斯普朗克天文学研究所领导的一个国际天文学家团队使用来自数十个类星体的星光来消除不确定性，确定最后一缕主要的氢“雾”燃烧得比我们最初想象的要晚得多，那是大爆炸十多亿年后了。

最初的 380000 年，亚原子粒子在膨胀时空的冷却真空中静态凝结。

一旦温度下降，就会形成氢原子——由孤立质子与单个电子组成的简单结构。

很快，整个宇宙都充满了不带电的原子，它们的海洋在无限的黑暗中潮起潮落。

在量子定律不可预测的推动下中性氢原子聚集成群，重力开始占据主导地位，将越来越多的气体拉入可能爆发核聚变的球中。

第一次日出——宇宙黎明的破晓——将周围的氢雾沐浴在辐射中，将它们的电子从质子中轰击出来，将原子变回它们曾经历过的离子阶段。

从这些早期恒星的第一缕曙光到最后剩下的原始氢的再电离，这个黎明持续了多久，人类一直不大清楚。

利用来自剧烈活跃的星系核心(称为类星体)的光，被附近星系间介质中漂浮的气态物质吸收的方式，50多年前人们想出了一条研究途径。找到一系列向远处延伸的类星体，可以有效地看到中性氢气被电离的时间线。

了解理论是一回事。实际上，很难从少数类星体中定出准确的时间线。它们的光不仅因宇宙的膨胀而扭曲，而且还穿过宇宙黎明后形成的中性氢袋。

为了更好地了解天空中电离氢的这种断续状态，研究人员处理了超大数据的样本，通过分析来自总共 67 个类星体的光，将之前的高质量光数据增加了三倍。

目的是更好地了解这些更新鲜的氢原子袋的影响，使研究人员能够更好地识别更远的电离爆发。

根据他们自己的数据，在宇宙大爆炸之后大约 11 亿年，最后的原始氢渣落入了第一代恒星的光芒中。

“直到几年前，普遍的看法还是再电离过程在早近2亿年前(相对于现在确定的时间点)的时候就结束了。”德国马克斯普朗克天文学研究所的天文学家弗雷德里克·戴维斯说。“在这里，我们现在用最有力的证据表明，这个过程结束得晚得多。”

能够直接检测氢再电离发出的谱线的未来技术应该能够进一步阐明这个时代何时结束，而且能够提供关于它的关键细节。

戴维斯说：“这个新数据集提供了一个重要的基准，宇宙最初十亿年的数值模拟将在未来几年内进行测试。”

这项研究发表在《皇家天文学会月报》上。

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