早期宇宙中最不透明的地方含有相对较少的物质量

科技工作者之家 2018-08-16

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▲在该计算机模拟图中,宇宙中的这块区域有一个低密度的“空洞”(图中央上部分的深蓝色区域),它被包含众多星系(橙色或白色)、相对密集的的天体结构所包围着。贝克尔的研究团队的研究表明,在宇宙史早期,这些空洞区域可能是宇宙中最黑暗的地方,尽管(与其他区域相比)它们含有最少量的暗物质和气体。

据《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)8月刊发的一篇研究论文称,由美国加州大学河滨分校(University of California, Riverside)的乔治·贝克尔(George Becker)领导的天文学家小组获得了一个惊人的发现:125亿年前,宇宙中最不透明的地方含有相对较少的物质。该发现可能最终会让人类揭开宇宙史上另一个发展阶段的神秘面纱。

众所周知,宇宙中充满了由暗物质和气体组成的网状结构。这个“宇宙网”占据了宇宙中大部分的物质量,而像银河系这样的星系其实只占一小部分。在如今的宇宙中,星系之间的气体几乎是完全透明的,因为在被宇宙中带有能量的紫外光照射后,这些气体处于电离态(电子从原子中被分离出来的状态)。10年前,天文学家们注意到在大约125亿年前或是在宇宙大爆炸约10亿年后,宇宙深空中的气体不仅让紫外线无法穿透,并且宇宙各处的透明度也千差万别,以至于让遥远星系发出的光芒变得模糊。几年前,贝克尔领导的一个研究小组在英国剑桥大学(University of Cambridge)发现,这些不透明度的差异太大,以至于他们推断这些气体本身的量或这些气体所遭受的辐射量极有可能差异很大。

为了找出原因,来自美国加州大学河滨分校、圣巴巴拉分校和洛杉矶分校的天文学家们启用了世界上最大的望远镜之一的、位于夏威夷莫纳基亚山顶的斯巴鲁望远镜(Subaru telescope)。通过利用这台设备上功能强大的照相机,研究小组在一块直径大约有3亿光年大小的广阔区域内寻找星系——他们知道这个区域中星系间气体的不透明度极高。对于“宇宙网”来说,不透明度越高通常意味着其间存在的气体越多,因而也意味着其间存在更多的星系。然而,研究小组却发现了相反的研究结果:这个区域内包含的星系要远远少于平均水平。究其原因,可能是因为深空中的气体因来自星系的紫外光照射而变得透明,所以附近的星系越少,它的不透明度也就越高。

根据该论文的阐述,在宇宙大爆炸后的最初10亿年里,第一批星系射出的紫外线充满了宇宙,并永久地改变了深空中的气体。天文学家认为,这种现象在较早期发生在星系较多的区域,意味着贝克尔及其团队所推断的星系间辐射的巨大波动可能就是由这种不均衡过程遗留下来的,并可能为了解这一过程是如何以及何时发生的提供了研究线索。贝克尔坦言道:“关于第一批星系是什么时候形成的,以及它们是如何改变周围环境的,我们仍然有很多不清楚的地方。通过同时对星系和深空气体的研究,天文学家们希望进一步了解星系间的生态系统在早期宇宙中是如何形成的。

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编译:Jonathan 审稿:alone 责编:张梦

期刊来源:《天体物理学杂志》

期刊编号:0004-637X

原文链接:https://www.sciencedaily.com/releases/2018/08/180814150951.htm

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