對我們的宇宙來說，第一顆恒星發出光的時候，是一個重大的時刻，但科學家卻難以尋找這一時刻。

遙遠古老的星系可以幫助科學家理解早期等離子態的宇宙。圖源：NASA戈達德太空飛行中心

然而在新的研究中，一個天文學家團隊發現了已知的最古老的星系。根據天文學家的說法，這些星系在宇宙只有6.8億歲的時候就已經形成了。而且天文學家們還找到了證據，證明這些星系向它們周圍發出了大量的紫外輻射。

這些紫外輻射形成了巨大的氣泡，提升了中性氣體的能量并使其電離，給了天文學家第一個關于宇宙重要的轉換時期(再電離時期)的直觀圖像。

黎明之前

在很久之前，宇宙中沒有一顆發光的恒星。宇宙在早期是十分均勻的：各處相同的平均密度，是一個有些無趣的世界。那時候的宇宙也是電中性的，不像宇宙剛誕生時那樣。在更早的時候（均勻中性宇宙之前），在大爆炸后的幾十萬年內，我們的宇宙溫度很高密度很大，呈等離子態，頻繁的碰撞使電子和原子核（此時多為質子）不能形成原子。

但當宇宙年齡達到38萬年的時候，這種狀態終止了。因為宇宙膨脹的很快，溫度也降低了很多，使得電子和原子核能夠結合在一起形成了氫和氦。因此，光子不再被電子散射，能夠大量的自由地向外傳播，這也就是我們今天熟知的微波背景輻射（CMB）。

之后的百萬年中，宇宙都保持這個中性的狀態。但隨著宇宙膨脹和冷卻，微小的結構開始生長。氣體在某些地方隨機性地比其他地方密度更高，這一點點稍高的密度就使它們有更高的引力，把它們周圍的物質吸引過來，使此處的密度更高。因為密度更高，引力作用就更大，能吸引更多的物質聚集過來，以此類推。逐漸地，很久之后，第一顆恒星和星系在黑暗的中性宇宙中成長起來。

宇宙黎明

我們不知道第一批恒星具體的形成時間，但我們知道，這是一個重大的時刻，因為當它們形成的時候，它們又把宇宙電離了。

你現在每天接觸到的大部分東西都是由完整原子組成的，所有原子核都是毫無例外地被電子殼層包圍，然后在優美復雜的化學作用下形成各種物質。但這種狀態在宇宙中就不那么常見了，到目前為止，宇宙中大部分質量都處在等離子態中，就像很久以前那樣，電子和原子核是分開的。比如，太陽和其他恒星都是等離子態，星云也是等離子態，恒星和星云之間的物質也是等離子態。

宇宙誕生38萬年的時候，從等離子態過渡到中性狀態。130多億年后的現在，它的大部分物質又處在等離子態中，這中間一定發生了什么，一定有一些事使宇宙中的原子再次被電離了。考慮到這一點，我們從能看到的最古老的等離子態，觀測到第一批恒星和星系出現在宇宙舞臺上，無論是什么造成了這種“再電離”，它一定很早就發生了。

天文學家認為是第一代恒星（以及它們死亡時的超新星爆發）的極高能紫外輻射再次電離了宇宙，使它變為等離子態。但可惜的是，我們不知道這具體是什么時候發生的，即使是我們最強大的望遠鏡和最深空的巡天，都暫時還沒有能看到這么遙遠的能力。我們能清楚地看到極早期產生的宇宙微波背景輻射，能清楚地看到宇宙現在的樣子，但在這兩個時期之間的時間段，依然沒有足夠的觀測。

我們不知道第一批恒星何時形成（天文學家稱之為宇宙黎明），也不知道“再電離時期”具體是什么時候開始的。

膨脹的氣泡

這種情況現在馬上要改變了，通過對氣體以及它們周圍的觀測，人們能夠開始尋找更早期星系，對宇宙成長和演化的這個重要的時期更加深入地了解。最近，一個國際研究小組找到了三個極暗極小的星系，離我們難以置信地遠。

這些小星系在宇宙只有6.8億年的時候就已經完全形成了。這不是特別令人驚訝，我們之前也發現過同樣古老的星系，但在這個研究中，研究者們加了點新料：通過觀測這三個星系周圍發出的輻射，他們發現這三個星系已經開始向周圍噴射等離子態的氣泡了。

換句話說，從這三個星系發出的輻射已經開始把它們周圍的宇宙轉化成等離子態，就像一個少年額頭上的青春痘。這是第一個再電離時期正在進行的明顯標志。雖然天文學家推斷宇宙再電離時期在宇宙形成10億年的時候就結束了，但沒有人認為再電離時期會開始地這么早。

這些星系是即將上線的詹姆斯韋伯太空望遠鏡極好的目標，尤其對研究再電離時期的宇宙歷史來說。如果這個結果能夠成立，更多的再電離時期的例子能夠被找到，我們也許就可以更好地理解宇宙這個古老而充滿激烈變化的過渡時期。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3.Paul Sutter-xeno

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