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(【宇宙出生日記】欄目內容較多,我們會以連載的方式介紹,本篇是第三期。篇幅較長,如果不能一口氣看完,建議先收藏後看,感謝你閱讀本文!)

上一期,我們講到了宇宙的黑暗時代,那個宇宙的“斷檔期”、我們不知道的歷史。

說起來,這個時期並不長,按照5.2億年來算的話(不考慮其他研究成果,暫時按這個數字來算),僅僅佔了宇宙歷史的3.76%。但是,如果這個狀態一直持續下去,整個宇宙都會一直沉寂下去,那就不會有今天的恆星、星系,更不用提生物了。

好在,就在這個時期,引力在暗中發揮著作用。在宇宙的一些位置上,由於氫原子分佈得並不是完美的平均狀態,其密度比宇宙平均密度高了1/30000。這個數字看起來極小,但絕非微不足道,它足以撬動整個宇宙。

正是這樣密度的失衡,導致了引力的失衡。在密度較高的區域,引力較強,氫原子開始緩慢地靠近、結合,形成了更大的引力區域,吸引更多的氫原子。終於有一天,它被點亮了,宇宙中的第一顆恆星誕生了!

宇宙的黑暗時代,終於有了第一道光。從此,宇宙進入了另一個時代——再電離期。

實際上,第一顆,或者說第一批恆星,都是非常非常巨大的恆星。科學家利用計算機進行了相關的模擬,結果顯示,宇宙中的第一批恆星都有太陽100倍的品質。不過,這個資料也只是猜測,或者說,這就是再電離期留給科學家的第一個未解之謎。

總之,基本可以確定,它們真的非常巨大。我們說過,大品質的恆星意味著更快的核聚變。它們迅速掏空自己的身體,然後,砰,炸了。

炸是炸了,但是它們用短暫的生命,完成了宇宙最重要的轉變。

它們的光芒,照亮了黑暗的宇宙,結束了宇宙的黑暗時代。

它們發射出的紫外光,將宇宙中的氫原子電離。於是,當我們今天向宇宙深處望去時,幾乎找不到氫原子,絕大部分都是被電離後裸露在宇宙空間的質子。

再電離期是一個漫長的過程,大約開始於宇宙大爆炸的3億年後。

根據2017年中國、美國、智利三國天文學聯合團隊對一個宇宙早期星系觀測的資料,大約在宇宙大爆炸8億年後,再電離完成了50%。

2000年,日本和美國的聯合團隊在斯隆數字巡天專案中對一個類星體的氫進行了檢測,得出結論:再電離過程結束於宇宙大爆炸的10億年後。

看起來,這個時期好像還挺容易理解的。正所謂外行看熱鬧,內行看門道。天文學家在研究的時候,發現了問題。

2017年,天文學家發現了類星體J1342 + 0928。這個類星體的核心,有一個超大品質黑洞。它的品質,相當於8億個太陽!

它的品質我們倒是不稀奇,因為我們也發現了比它還巨大的黑洞。最讓科學家不理解的,是它出現的時間。據科學家觀測,這個黑洞,或者說這個類星體,出現在宇宙大爆炸後6.9億年。也就是說,它們所處的時間,正在宇宙的再電離期。而且按照前面的資料來說,宇宙中原子的再電離率還不到一半!

在那段期間,宇宙中能形成多少恆星,我們都還不知道。那麼,當時哪來這麼多物質讓這個黑洞成長到如此巨大呢?這就好像在一群小學生之中,突然有一個小孩站起來在講臺開始研究弦理論……

按照我們目前的理解,它就是大品質恆星死亡後留下的普通黑洞,然後通過不斷地吸積,逐漸長大。但這裡面就有兩個問題:第一個就是剛才說的,當時恆星都很少,它是吃啥才能張這麼快的?神奇小餅乾?第二就是,我們現在都還幾乎沒有發現中等品質黑洞(就是介於恆星級黑洞和超大品質黑洞的中間分類),所以科學家也一度很懷疑:超大品質黑洞真的是從恆星級黑洞長大的嗎?

因此,為了能夠搞清楚這些超大品質黑洞是從哪來的,我們就必須看到更久遠的宇宙。

除此之外,還有很多問題困擾著科學家。比如再電離期的更準確起止時間,都是什麼時候?第一批恆星到底何時形成、又是怎樣形成的?第一代星系是如何形成的?宇宙的再電離,是一次性完成的,還是多次電離的?

這就需要藉助更強大的裝置,比如我們多次“翻牌”的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡。算了,不想提了,NASA預算實在有限。也可能他們已經申請,但是上面的人還在討論給多少錢吧……

總之,經過了再電離期,宇宙算是在鬼門關走了一遭,實現了鳳凰涅槃、浴火重生。接下來,宇宙會如何演化呢?

在【宇宙出生日記】第四期的文章中,我們會為大家解答這個問題。如果你感興趣,煩請點選一下關注,第一時間閱讀下一期文章,也可以獲得更多有趣的知識,感謝支援!

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