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宇宙是我們生存的所在,它悠久的歷史讓科學家著迷,無時無刻不在吸引著人類探索著其中的奧祕。然而宇宙中一些令人著迷的遙遠而古老的星系可以幫助科學家了解宇宙早期的祕密。

我們知道當第一批恆星醒來時,對我們的宇宙來說是一個重要的時刻,但對科學家來說,這是一個難以捉摸的時刻,因為這個時期存在著太多的謎團。

然而,在一項新的研究中,一組天文學家發現了一些迄今為止所見過的最古老的星系。根據科學家們的說法,當宇宙只有6.8億年的時候,這些天體就已經完全形成了。科學家們還發現了證據,表明這些星系正在向它們的周圍輻射大量的紫外線。那些紫外線輻射形成了巨大的氣泡,中性氣體在氣泡中被激發和電離,為天文學家提供了我們宇宙中一個主要轉換時代的首張寫照。

宇宙黎明之前

很久以前,宇宙一片黑暗,沒有一顆星星在宇宙中閃耀。在宇宙形成的早期,每樣東西都很均勻,從一個地方到另一個地方的平均密度差不多,真的很枯燥、無聊。不過它與宇宙的最初幾天相比已經有了很大的變化。在大爆炸後的最初幾十萬年,甚至更早,我們的宇宙非常炙熱和稠密,以至於它幾乎是由等離子體構成,這種不斷的緊挨在一起的離子碰撞已經把原子分裂成構成它們的電子和原子核。

但是當宇宙變成一個成熟的38萬年的時候,所有的混亂都結束了。那時,物質足夠分散,溫度足夠低,電子與它們的核家族結合,形成第一個氫原子和氦原子。隨著這一事件的發生,大量的輻射被釋放出來,這就是我們所知的“宇宙微波背景輻射”。

數百萬年以來,宇宙一直保持著這種平靜中立的狀態。但隨著宇宙的膨脹和冷卻,微小的種子開始形成。由於偶然的機會,這些氣體的密度比它們周圍的環境稍微大一些。這種微小的增強給了它們一個微小的引力邊緣,把它們周圍的物質吸引到它們身上。因為它們長大了,它們有更大的引力影響,把更多的物質拉到它們上面,等等。在漫長的歲月中,第一批恆星和星系在寂靜、黑暗、中性的宇宙中一點一點地成長。

宇宙的黎明甦醒了

我們不知道第一批恆星是什麼時候形成的,但我們知道當它們形成的時候,它們是以一種巨大而奇妙的方式形成的。那是因為宇宙不再是中性的了,它被電離了。

人類每天接觸的大部分材料都是由完整的原子構成的,所有的原子核都被電子殼層忠實地包圍著,而電子殼層快速地旋轉並相互結合。但這種情況是獨一無二的。到目前為止,宇宙中絕大多數物質都是等離子體,和很久很久以前一樣,電子和原子核自由地獨立存在。包括太陽、其他恆星、星雲和星雲之間的物質等,都是由等離子體構成。

當我們的宇宙38萬歲時,它從等離子體變成了中性氣體。今天,在130億年之後,它又變成了等離子體。所以一定是發生了什麼事把宇宙中的原子都撕碎了,這就是著名的“再電離”事件!

天文學家認為,第一代恆星(以及它們作為超新星爆炸而死亡的過程)釋放出的極紫外輻射使我們的宇宙重新變成了等離子體。但是,令人沮喪的是,我們不知道確切的時間。即使是我們最強大的望遠鏡也沒有能力回望那麼遠的宇宙。我們可以清楚地看到宇宙微波背景,我們也可以清楚地看到今天的宇宙,但中間的部分目前是一個宇宙未解之謎。我們不知道第一批恆星何時出現,也就是“宇宙黎明”時期,我們也不知道隨後的“再電離時代”何時開始。

等離子體氣泡

但這種情況正在開始改變。我們正在尋找越來越古老的星系,並對它們周圍的氣體進行調查,試圖了解宇宙成長和演化中這個重要的青春期。最近,一個國際研究小組發現了三個星系,它們極其微弱,小得令人難以置信,而且遙遠得令人難以置信。

當我們的宇宙只有6.8億年的時候,這些小星系已經完全形成並開始運作了。雖然我們以前也發現過這麼古老的星系,但在這項研究中,研究人員增加了一個新發現,通過檢測這三個星系附近環境發出的輻射,他們發現這些星系已經開始向它們的周圍吹出離子化等離子體泡泡。

換句話說,從星系中釋放出來的輻射已經開始改變周圍的宇宙,這是再電離時代發展的第一個明確跡象。雖然天文學家推斷宇宙在第一個十億歲生日時已經完成了再電離,但沒有人懷疑它會在這麼早發生。所以這是一次難得的發現,再電離時代的發現將推動科學家對於宇宙的理解。

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