矮星系驱逐了黑暗并照亮了早期宇宙

导读 在宇宙的黑暗时代,稠密的原始气体吸收并散射光,阻止其传播。只有当第一批恒星和星系开始在高能紫外线中发光时,再电离时代才开始。强大的
2024-02-29 14:59:45

在宇宙的黑暗时代,稠密的原始气体吸收并散射光,阻止其传播。只有当第一批恒星和星系开始在高能紫外线中发光时,再电离时代才开始。强大的紫外线照射整个宇宙并在气体中打孔,使光能够自由传播。

詹姆斯·韦伯太空望远镜的新观测揭示了它是如何发生的。望远镜显示,微弱的矮星系结束了黑暗。

回到过去并回答有关我们宇宙的基本问题是詹姆斯·韦伯太空望远镜最伟大的礼物。这台强大的红外太空望远镜已经回顾了宇宙生命的最初阶段,并向天文学家展示了塑造宇宙的力量。我们关于宇宙的最大问题之一涉及大爆炸后几亿年发生的再电离时代(EOR),结束了宇宙的黑暗时代。

科学家们一直不确定引起 EOR 的光源。在 EOR 之前阻止光传播的原始气体是氢气,它由星际介质 (IGM) 组成。只有更高能量的紫外线才能电离氢,因此天文学家寻找紫外线光源。(伽马射线和 X 射线也可以,但没有足够的来源来引起 EOR。)候选者包括第三族恒星,它们是宇宙中最早形成的恒星。它们巨大且发光,可以提供所需的紫外线。

类星体是另一个候选者,因为它们发出的光超过电离氢所需的阈值。但它们的数量不足以触发 EOR。巨大的星系也是一个候选者,但天文学家认为它们会吸收大部分自己的光。

矮星系也是候选者之一。事实上,它们长期以来一直是主要候选者,因为它们足够小,紫外线可以轻松逃脱。它们必须是所谓的莱曼连续体(LyC)发射星系。莱曼连续光子有足够的能量来电离氢,因此天文学家寻找发射它们的 LyC 矮星系。哈勃望远镜在 2022 年发现了大约 50 个这样的星系,这有助于构建理解矮星系如何负责 EOR 的框架。但哈勃发现的 50 个是当地的,而不是古代的。

但现在我们有了敏锐的 JWST 及其敏锐的红外凝视。它有能力看到来自古代宇宙的最微弱的红外光。即使是强大的 JWST 也需要帮助才能看到早期宇宙中非常微弱的矮星系。结合引力透镜的力量,太空望远镜能够看到一些最早的星系。其中包括 LyC 矮星系,它们是早期宇宙中一些最微弱的天体。

这些发现发表在《自然》杂志上的一篇新研究文章中,题为“大多数再电离宇宙的光子来自矮星系。主要作者是巴黎索邦大学法国国家科学研究中心、巴黎天体物理研究所的天文学家哈基姆·阿泰克 (Hakim Atek)。

阿泰克和他的研究同事在早期宇宙中发现了八个超微弱的矮星系。与之前的想法相反,这八个星系是电离莱曼连续体辐射的巨大发射器。尽管它们看起来很微弱,但它们发出的电离辐射比之前想象的要多四倍。这有助于巩固他们作为负责 EOR 的对象的地位。

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