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中国天文学家发现了揭示早期宇宙神秘电离时代的线索

时间:2021-02-02 20:27:52 点击:

  核心提示: 早在宇宙诞生之初,天文学家就发现了一堆宇宙比例的天体。至少有21个星系以巨大的速度形成恒星,它们在星系团形成的早期阶段合并在一起。这一切都发生在130亿光年之外——在大爆炸之后仅仅7.7亿年。 这...

早在宇宙诞生之初,天文学家就发现了一堆宇宙比例的天体。至少有21个星系以巨大的速度形成恒星,它们在星系团形成的早期阶段合并在一起。这一切都发生在130亿光年之外——在大爆炸之后仅仅7.7亿年。

这是迄今发现的最早的原始星团,名为LAGER-z7OD1,如今它可能已经演化成太阳质量的3.7万亿倍的星系。

在宇宙早期阶段,如此巨大的原星系团可能包含一些重要的线索,比如原始烟雾是如何清除的,光线是如何被打开,使光线在太空中自由穿越。

我们的宇宙是一个相互联系的地方。星系看起来可能是相对独立的,但所有星系中有一半以上是通过引力或团簇或群的形式结合在一起的,这些星团是成百上千个星系的巨大结构。

在早期的宇宙中,这类星团的起源并不陌生。已发现的原星团接近LAGER-z7OD1,甚至更大,这表明原星团的形成速度可能比以前认为的快得多。

但是,由中国科学技术大学的天文学家胡伟达领导的一组研究人员认为LAGER-z7OD1很特殊。它可以揭示有关宇宙历史上最神秘的阶段之一的线索:电离时代。

“发现其成员星系产生的电离气泡的总体积与原星团本身的体积相当,这表明我们正在目睹各个气泡的合并,并且原星团内的星系间介质几乎被完全电离,“ 他们在论文中写道,“因此,在研究离子化过程,LAGER-z7OD1就是一个独特的天然实验室。”

您会发现,今天太空看上去很通透,但在宇宙诞生的早期,并不如今天的空间这样通透。在最初的3.7亿年左右的时间里,它充满了热气弥漫的电离雾气。光被自由电子散射,不能在雾中自由行进。当时宇宙就是这样。

一旦宇宙降温到足够的程度,质子和电子便开始重新结合成中性氢原子。这意味着光——可能没有现在这么——最终可以在太空中传播。

随着第一批恒星和星系开始形成,它们的紫外线使整个宇宙中普遍存在的中性氢离子化:首先是在紫外光源周围的局部气泡中,然后随着电离气泡的连接和重叠,区域越来越大,从而使电磁辐射自由流动。

在大爆炸发生大约10亿年后,宇宙已完全实现离子化。这意味着探测到这一点(大约12.8光年远)要更具挑战性,但是这也意味着去离子过程本身很难理解。

理想情况下,您需要真正明亮的物体,这些物体的电离辐射可以穿透中性氢,这正是胡和他的团队在《电离时代》调查中的莱曼阿尔法云球所寻找的东西。这些小型的早期宇宙星系以疯狂的速度形成恒星,这意味着可以在相当长的距离内(在电离时代内)探测到它们,这使它们成为该时期的有用探针。

在他们的搜索中,研究人员发现了LAGER-z7OD1,这是一个星系的高密度区域,在三维空间的大小为2.15亿光年、9800光年和8500万光年。这个体积包含两个截然不同的子原星团(protoclusters)合并成一个更大的子原星团,至少有21个星系,其中16个已经确认。

星系周围电离空间的总体积略大于LAGER-z7OD1的体积。

研究人员写道:“这表明各个气泡之间存在实质性的重叠,这表明各个气泡处于合并为一个或两个巨大气泡的行为中。”

因此,原星团不仅代表了同类的极好例子,为研究这些结构的形成和出现,以及早期宇宙中恒星的形成提供了新的数据点,它为在重新离子化时代中间电离气泡的形成和组合提供了一个独特的窗口。

不过,人们尚未发现哪些见解。正如研究人员所指出的那样,这将是未来的工作,功能更强大的望远镜将能够更好地观察电离过程的更精细细节。

该小组的研究已发表在《自然天文学》上。


什么是莱曼阿尔法云球?

莱曼阿尔法云球通过位于夏威夷莫纳克亚山的萨巴鲁和凯克望远镜观测,现已发现宇宙中最大的一个星体结构。该星体呈云球状,截面宽度为2亿光年,由多个星系和巨大的气体泡沫组成。莱曼阿尔法云球内部星体之间很紧凑,其密度是宇宙平均密度的四倍。莱曼阿尔法云球的许多巨型气体泡沫直径达到40万光年,相当于仙女座星系直径的两倍。科学家认为这些气体泡沫是宇宙滋生星体早期超新星爆裂其周围的气体时形成的,另一种理论表示,这些巨大的气体泡沫就像是蚕茧,有朝一日将孕育出新的星系。


作者:不详 来源:网络
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