08.16 早期宇宙中最不透明的地方含有相對較少的物質量

圖說：在該計算機模擬圖中，宇宙中的這塊區域有一個低密度的“空洞”（圖中央上部分的深藍色區域），它被包含眾多星系（橙色或白色）、相對密集的的天體結構所包圍著。貝克爾的研究團隊的研究表明，在宇宙史早期，這些空洞區域可能是宇宙中最黑暗的地方，儘管（與其他區域相比）它們含有最少量的暗物質和氣體。

據《天體物理學雜誌》（Astrophysical Journal）8月刊發的一篇研究論文稱，由美國加州大學河濱分校（University of California, Riverside）的喬治·貝克爾（George Becker）領導的天文學家小組獲得了一個驚人的發現：125億年前，宇宙中最不透明的地方含有相對較少的物質。該發現可能最終會讓人類揭開宇宙史上另一個發展階段的神秘面紗。

眾所周知，宇宙中充滿了由暗物質和氣體組成的網狀結構。這個“宇宙網”佔據了宇宙中大部分的物質量，而像銀河系這樣的星系其實只佔一小部分。在如今的宇宙中，星系之間的氣體幾乎是完全透明的，因為在被宇宙中帶有能量的紫外光照射後,這些氣體處於電離態（電子從原子中被分離出來的狀態）。10年前，天文學家們注意到在大約125億年前或是在宇宙大爆炸約10億年後，宇宙深空中的氣體不僅讓紫外線無法穿透，並且宇宙各處的透明度也千差萬別，以至於讓遙遠星系發出的光芒變得模糊。幾年前，貝克爾領導的一個研究小組在英國劍橋大學（University of Cambridge）發現，這些不透明度的差異太大，以至於他們推斷這些氣體本身的量或這些氣體所遭受的輻射量極有可能差異很大。

為了找出原因，來自美國加州大學河濱分校、聖巴巴拉分校和洛杉磯分校的天文學家們啟用了世界上最大的望遠鏡之一的、位於夏威夷莫納基亞山頂的斯巴魯望遠鏡（Subaru telescope）。通過利用這臺設備上功能強大的照相機，研究小組在一塊直徑大約有3億光年大小的廣闊區域內尋找星系——他們知道這個區域中星系間氣體的不透明度極高。對於“宇宙網”來說，不透明度越高通常意味著其間存在的氣體越多，因而也意味著其間存在更多的星系。然而，研究小組卻發現了相反的研究結果：這個區域內包含的星系要遠遠少於平均水平。究其原因，可能是因為深空中的氣體因來自星系的紫外光照射而變得透明，所以附近的星系越少，它的不透明度也就越高。

根據該論文的闡述，在宇宙大爆炸後的最初10億年裡，第一批星系射出的紫外線充滿了宇宙，並永久地改變了深空中的氣體。天文學家認為，這種現象在較早期發生在星系較多的區域，意味著貝克爾及其團隊所推斷的星系間輻射的巨大波動可能就是由這種不均衡過程遺留下來的，並可能為了解這一過程是如何以及何時發生的提供了研究線索。貝克爾坦言道：“關於第一批星系是什麼時候形成的，以及它們是如何改變周圍環境的，我們仍然有很多不清楚的地方。通過同時對星系和深空氣體的研究，天文學家們希望進一步瞭解星系間的生態系統在早期宇宙中是如何形成的。

編譯：Jonathan 審稿：alone 責編：張夢

期刊編號：0004-637X

原文鏈接：https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180814150951.htm

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