早期宇宙如何走出“黑暗时代”?不起眼的小星系,或许就是答案

早期宇宙如何走出“黑暗时代”?不起眼的小星系,或许就是答案

首页枪战射击粉碎星系射击更新时间:2024-08-01

近日,科学家们在距离地球4200万光年的室女座,发现了一个非常普通、再简单不过的星系-Pox186,它从外观上看没有“花哨的装饰”,只是一团占据空间很小的小星系团,尾部只有不长的一道星云物质。据估算,这个小型星系,其重量要比像风车一样旋转的银河系,轻10万倍还多。

从观测结果来看,这个星系团已经被“炸”得粉碎,遮盖住了大多数星系,从外部看,感觉所有的光线都聚集在它的周围。如果Pox186这种爆炸后星际物质被“吹”走的行为,在宇宙中比较正常和普遍的话,那么将有助于天文学家理解宇宙早期“黑暗时代”是如何结束的。

宇宙的黑暗时代

科学家们通过哈勃定律、宇宙微波背辐射等结果,推测出现在的宇宙正在膨胀,而且在138亿年前都来源于一场奇点大爆炸,在经历爆炸初期的高温和大暴涨之后,宇宙空间开始逐渐冷却。只不过这段时间里,整个宇宙空间显得异常空和黑暗,空间内充斥的全是由电子和质子构成的“等离子气体”,除此之外别无它物,光线在这种高能量的等离体中也无法穿透。

在大爆炸之后的38万年之后,随着空间的进一步冷却,这些质子和电子慢慢聚合形成宇宙中第一批中性原子,光线也从“等离子粥”中逃逸出来,整个宇宙才变得光亮起来。这些中性原子在引力的作用下,慢慢聚合形成宏观天体,从而创造形成宇宙最早期的一批恒星和行星。

在宇宙早期恒星核聚变的过程中,原本组成中性气体的氢原子,又再一次被高能的光线“炸”成碎片,继而推动形成了目前宇宙中遍布整个空间的质子和电子,这一过程被科学家们称为“再电离时代”,这种“再电离”的结果,使得宇宙空间的某些特征,与早期宇宙有着相同之处。

令科学家们感到不解的是,在上述过程中,都有哪些恒星穿过了宇宙中的“氢雾”?是不是有巨大的星系穿透了迷雾?或者是有许多的小型星系,一起贡献出了力量重新电离了整个宇宙?受到氢气阻挡高能光线的因素制约,科学家们还不能直接寻找到源自宇宙早期的再电离原因。不过,有一些科学家另辟蹊径,通过寻找附近的星系,将这些星系的某些行为与遥远历史上的“前辈”进行类比,从而发挥出远古星系本地实验室的作用。

没有氢气的星系

氢气应该说是所有星系的鼻祖,如果让科学家们找出一个没有氢气的星系,那么难度是相当大的甚至是不可能的。但是,当科学家观测到Pox186后,这一切似乎都得改变。

在上世纪80年代,科学家们发现了这个特殊的小型星系Pox186,在随后的30多年时间里,科学家们试图寻找出这个星系内部的中性氢,但遗憾的是,这个星系中似乎没有。比较著名的观测实验是,有研究团队在2018年,利用智利的双子座南望远镜,对准Pox186,通过观察氧气的状态,来判断星系团中氢气的位置。在一组观测结果中,发现氧气要比预期弱很多。

而在另一组观测结果中,发现氧气发出的信号是“爆炸式”的明亮,不仅具有一种颜色,而且还有一系列的波长,说明所发出的光被“扭曲”了。而且还观测到,发出的“爆炸”信号移动的速度,要比逃离银河系的逃逸速度高出10倍左右。按照该星系的规模,这种移动速度,势必会很轻松地将相关物质完全逃逸出星系的引力束缚范围。

科学家对于这一现象非常有兴趣,如果流动的氧气没有误导他们的话,那么就有可能通过这种观测,来揭示Pox186星系中氢气流失的原因。因为宇宙空间中气体的流动,是许多不同类型的原子,在不同的温度等环境下相互作用下的共同混合物。在恒星强烈的核聚变作用下,能够形成剧烈的物质“外流”现象,特别是在恒星死亡的过程中,通常都是膨胀性和爆炸性的,最终将恒星组成物质推离出去。

而像Pox186这样的小星系,将自己爆炸成碎片,然后氢气流失的现象,在以前还真的很少被监测到。

对推动星系演化理论的贡献

对Pox186小星系开展的相关探测工作,在某种意义上强化了一个宇宙学的理论,那就是宇宙作为一个整体,是如何决定氢气命运的。当源自大型星体的光线投入到太空中后,它们的巨大引力能够将附近宇宙空间中的氢气吸引过来,即使最高能的光线,也不足以将氢气在星系之是分离开来。

而宇宙在发展过程中,也存在着很多类似Pox186这样的小星系。由于它强烈的“外流”特征,加上本身较弱的引力,自身内部的氢气被慢慢清除了,基本上所有的能量可以视为逃逸到宇宙空间中。

今年即将发射的韦伯太空望远镜,有一项任务就是统计早期宇宙中星系的数量,其中就包含搜寻像Pox186这样的小星系,针对统计出来的小星系数量,来测算重新电离宇宙所需要的能量。不过,到目前为止,利用其它天文望远镜,还没有发现更多的迷你小星系,主要原因就在于这些小星系实在是太过于暗淡。假如在后续的探测过程中,能够再次出现其它这样的小星系,在一定程度上或许能证明,或者向证明又迈出了一步,那就是这些小星系可能改变了整个宇宙,正是他们将早期宇宙从“黑暗时代”拉了出来。

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