科技日报记者 张梦然
《自然》26日发表报告称，詹姆斯·韦布空间望远镜（JWST）检测到已知最早的处于再电离过程中的星系之一。这项发现将宇宙再电离（早期宇宙发生的重要转变）的发生时间推至大爆炸后至少3.3亿年，并为人们了解最早星系的性质带来了新见解。
宇宙在极热的大爆炸后逐渐冷却，直至自由质子和电子结合为中性（无电荷）气体，其中大部分为氢和氦，这段时期被称为“宇宙黑暗时代”。第一批星系点亮了宇宙。尤其是，特定紫外波长的光子（即所谓莱曼连续区）被中性氢吸收，而较短波长的光子则会将气体再电离，使宇宙对莱曼光子变得透明，并使之能穿透到地球，这被称为宇宙再电离，其发生时间尚不确定。JWST的近期观察发现了在宇宙年龄不到3亿年时就产生紫外辐射的明亮星系，但缺乏关于再电离的直接证据。
丹麦哥本哈根大学玻尔研究所科学家报告称，JWST此次观测到宇宙大爆炸后仅3.3亿年，一个被命名为JADES-GS-z13-1-LA的星系就出现了再电离信号。这一明亮发射源被认定为莱曼α发射体，是中性氢从激发状态转变为基态的信号。这意味着这个星系产生了足够的紫外光子来激发中性氢，而且在它与地球之间几乎没有中性氢，来重新吸收氢回到稳定、最低能量状态时释放的莱曼α光子。
科学家指出，这一再电离的可能来源要么是大质量热恒星，要么是超大质量黑洞。他们总结称，这些发现有助于缩小宇宙再电离的开始和时间线范围。
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这项发现的重要性，在于它点明了宇宙从“黑暗时代”走向光明的关键转折点。在这一时期，第一批恒星和星系开始发光，正是这些足以激发周围中性氢的紫外线，让宇宙介质由中性状态转变为电离状态。这个过程对于宇宙结构形成、光子传播以及后续星系形成的物理条件有着根本性的影响。不过，新发现也提出了新问题：这些早期星系为什么能在宇宙年龄不到3亿年时，就积累了足够的物质并形成了如此强烈的紫外辐射？其答案是否会挑战了我们现有的理论模型？天文学家们将用更精细的模拟结合进一步观测来进行深入探索。
