北京時(shí)間9月6日消息，據(jù)國外媒體報(bào)道，南極望遠(yuǎn)鏡最近數(shù)據(jù)顯示，宇宙中最早的大型星系的誕生過程是一種爆炸事件，爆炸所發(fā)出的光線照亮了早期的宇宙。科學(xué)家研究發(fā)現(xiàn)，這種爆炸事件比猜想中的爆炸過程要快得多。
美國加州大學(xué)伯克利分校伯克利宇宙物理學(xué)中心科學(xué)家奧利弗-扎恩等人對(duì)南極望遠(yuǎn)鏡的最新數(shù)據(jù)進(jìn)行了分析研究，研究結(jié)果表明，在大約130億年前，當(dāng)時(shí)宇宙年齡大約為7.5億歲時(shí)，大型星系在形成過程中顯得極為明亮、活躍，爆炸發(fā)出的明亮光線完全照亮了宇宙。
南極望遠(yuǎn)鏡的最新數(shù)據(jù)進(jìn)一步精確限定了宇宙“再電離時(shí)期”的范圍，即宇宙最初星系形成的時(shí)期。大多數(shù)天文學(xué)家認(rèn)為，早期恒星產(chǎn)生于大型氣體云中，從而形成了最早的星系。由這些恒星發(fā)出的高能光線將星系周圍和內(nèi)部的氫氣電離，形成了直徑長達(dá)數(shù)百萬光年的“電離化氣泡”，在宇宙微波背景輻射中留下了持久的痕跡。這種早期宇宙遺留下來的光線，至今仍然在天空中隨處可見。美國加州大學(xué)伯克利分校物理學(xué)家、伯克利宇宙物理學(xué)中心創(chuàng)始人喬治-斯莫特?fù)?jù)此繪制宇宙微波背景輻射圖，并因此榮獲諾貝爾獎(jiǎng)。
扎恩介紹說，“我們發(fā)現(xiàn)，再電離時(shí)期持續(xù)時(shí)間不超過5億年，起始時(shí)間應(yīng)該在宇宙至少2.5億歲時(shí)。在這次測量前，科學(xué)家們認(rèn)為再電離時(shí)期持續(xù)7.5億年甚至更長時(shí)間，而且沒有任何證據(jù)證明再電離時(shí)期究竟從何時(shí)開始。”
第一次電離時(shí)期發(fā)生于宇宙大爆炸時(shí)。當(dāng)時(shí)，宇宙中任何事物都是熾熱的，所有氣體(主要是氫氣)因此被電離化。當(dāng)宇宙大約40萬歲時(shí)，開始冷卻到足以形成中性氫原子。芝加哥大學(xué)科學(xué)家約翰-卡爾斯特羅姆認(rèn)為，“研究再電離時(shí)期非常重要，因它是研究早期恒星和星系少有的幾種途徑之一。我們或許無法確切知道這些恒星究竟是何時(shí)形成的或再電離過程是何時(shí)發(fā)生的，但是理解這些現(xiàn)象是非常必要的，因?yàn)檫@對(duì)后來宇宙結(jié)構(gòu)的形成產(chǎn)生了重要的影響。”
再電離時(shí)期持續(xù)時(shí)間很短，這表明擁有數(shù)十億顆恒星的大型星系在再電離過程中扮演著重要角色，因?yàn)橄鄬?duì)小型的星系可能形成得更早。扎恩、卡爾斯特羅姆以及伯克利宇宙物理學(xué)中心同事克里斯蒂安-雷查德特等人的聯(lián)合研究成果發(fā)表于9月1日出版的《天體物理學(xué)》雜志上。
南極望遠(yuǎn)鏡
扎恩等人的研究成果是根據(jù)南極望遠(yuǎn)鏡的最新數(shù)據(jù)分析而得。南極望遠(yuǎn)鏡以三個(gè)頻率進(jìn)行探測，并將探測范圍擴(kuò)大到覆蓋天空2%面積的區(qū)域。扎恩等人將南極望遠(yuǎn)鏡的最新數(shù)據(jù)與“威爾金森微波各向異性探測器”早期的探測數(shù)據(jù)相結(jié)合進(jìn)行分析和研究，從而進(jìn)一步精確推斷了再電離時(shí)期的開始時(shí)間和持續(xù)時(shí)間。
扎恩介紹說，“我們的數(shù)據(jù)主要告訴你再電離時(shí)期的持續(xù)長短，而威爾金森微波各向異性探測器的數(shù)據(jù)主要告訴你再電離時(shí)間究竟何時(shí)開始。因此，兩者相結(jié)合，就能夠發(fā)現(xiàn)再離化的過程。扎恩認(rèn)為，天文學(xué)家長期以來一直無法確定利用宇宙微波背景輻射是否能夠確定再電離時(shí)期的范圍，因?yàn)樗麄儫o法確定恒星究竟是如何形成的。但是在過去十年中，包括扎恩團(tuán)隊(duì)在內(nèi)的各種研究團(tuán)隊(duì)發(fā)明了多種模型來模擬這一過程，扎恩就是利用這種模型進(jìn)一步限定了再電離時(shí)期起止時(shí)間范圍。
扎恩表示，“在過去對(duì)再電離時(shí)期的研究過程中，人們主要關(guān)注的是遙遠(yuǎn)類星體和星系的光譜。現(xiàn)在，宇宙微波背景為這一領(lǐng)域提供了很有價(jià)值的研究素材。”雷查德特介紹說，目前最新的研究成果只是根據(jù)南極望遠(yuǎn)鏡三分之一的觀測數(shù)據(jù)分析而來。科學(xué)家們接下來還要結(jié)合赫歇爾衛(wèi)星繪制的數(shù)據(jù)圖來進(jìn)一步增強(qiáng)對(duì)再電離信號(hào)的敏感度。75英尺(約合22.86米)高的南極望遠(yuǎn)鏡位于阿蒙森-斯科特南極站中，主要是用來探測宇宙微波背景中的再電離信號(hào)，并幫助天文學(xué)家測量部分電離化階段。(新華網(wǎng))