点亮“黑暗时期”的宇宙_风闻

原创：牧夫天文

文章来源：Nature

原作：Nina A. Hatch

编译：艾宇熙

校对：牧夫天文校对组

编排：王璞

后台：库特莉亚芙卡 李子琦

原文链接：

https://www.nature.com/articles/d415

宇宙大爆炸发生之后的几亿年内，中性氢、氦与暗物质组成的“原生汤”弥漫在宇宙中。那时，恒星和星系还没有形成，宇宙是完全黑暗的，因此这一时期被称为宇宙的“黑暗时期”。几亿年后，我们宇宙中的首批恒星和星系形成了。然而，从我们今天的观测条件来说，早期恒星与星系形成时期的宇宙仍旧难以观测，因为那些恒星和星系对于我们的观测视角而言太暗弱了。另一方面，如果我们能观测到任何最早期星系的信号，就可以获得关于宇宙黑暗时期的的宝贵信息。近期，Willis等人通过测定我们已知最古老的一批星系中恒星的年龄，找到了一些可能产生了我们已知最早恒星的星系。

图 1

图片来源 Nature

星系团是指数千个相互绕转的星系，这些星系之间的相对速度约为每秒1000千米。这些星系在相当于百万亿太阳质量的暗物质的引力作用下被拉在一起。对于天文学家而言，这些星系团是许多天体物理理论的“实验室”，他们通过研究这些星系团测量宇宙的组成、检验引力理论、探索星系如何形成。Willis利用我们已知最遥远的星系团之一来研究宇宙中大质量星系开始产生恒星的时间。

相对于Willis组观测的遥远星系团，后发座星系团离我们更近，但是精确测定其中单个星系的年龄十分困难，甚至无法分辨一个星系的年龄是70亿年还是130亿年。相比之下，Willis研究组利用哈勃望远镜寻找到的最远处的星系在确定精确年龄方面更加可行。

光以有限的速度传播，因此我们能观测到的最远的星系团也就反映了早期的宇宙（译者注：我们已知最遥远的一批星系，比如说100亿光年外的星系，我们看到的它的光也就是100亿年前发出的，因此反映了这个星系100亿年前的样子；而前文提到的离我们近的星系团使得我们观测到的它的时期距离我们也近）。Willis组观测的星系团距离我们104亿光年，因此我们看到的这个星系团的样子是宇宙大爆炸发生后33亿年的样子（见下图）。

图 2

图片来源 Nature

Willis组发现他们观测的星系团中有几个星系呈红色。这意味着这几个星系中含有大量的老年恒星，也就是说红色星系在我们看到它的时间点前很久就产生了第一批恒星。通过各种模型推断，Willis组认为这些红色星系的历史可以追溯到宇宙大爆炸后3.7亿年，最初的恒星开始形成的时代。有趣的是，他们一共观测到19个这样的星系，也就是说这些星系都有着类似的年龄和历史。恒星形成的早期，一个开始形成恒星的星系会不会对相邻的星云产生某种作用，触发一系列临近星云产生恒星？这还是一个尚待考察的问题。

图 3

图片来源 Nature

这项研究是我们用迄今能收集到的有限数据推测宇宙早期恒星形成的诸多成果之一，当然，和许多类似的研究一样，由于我们能获取的数据和证据实在有限，我们对于推定时间的可信度尚不清楚。比如说，Willis组观测到的红色星系除了可能是充满古老恒星的星系，也有可能是富集着星际尘埃的年轻星系。我们希望未来将要发射升空的詹姆斯-韦伯空间望远镜（JWST）可以为我们收集到更多的数据。

『天文时刻』 牧夫出品

微信号：astronomycn

弧形的银河系照耀帕瑞纳天文台

图片来源 ESO