宇宙“朦胧”变化标志着宇宙历史上的里程碑！

博科园 2019-06-15

据一个国际天文学家团队称，早期宇宙的“朦胧”差异很大，是大爆炸后宇宙升温时留下的冷气体岛屿造成。这一结果发表在英国《皇家天文学会月刊》(Royal Astronomical Society)上

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它使天文学家们能够准确把握再电离结束的时间，以及宇宙从寒冷和黑暗状态变成今天的样子的时间：在发光星系之间的空间里充满了热的、电离氢气。氢气使来自遥远星系的光线变暗，就像冬天早晨的街灯被雾弄暗一样。

博科园：通过观察一种被称为类星体的特殊类型明亮星系光谱的这种变暗，天文学家可以研究早期宇宙的条件。在过去的几年里，对这种特定的变暗模式(称为莱曼-阿尔法森林)观察表明，宇宙的“朦胧”在宇宙不同区域存在显著差异，但这些差异背后的原因尚不清楚。该研究的第一作者、剑桥大学博士后吉里什·库尔卡尼(Girish Kulkarni)说：我们当时预计类星体发出的光在不同区域变化最多为原来的两倍，但发现变化约为原来的500倍。

宇宙再电离期的印象图，图片：Amanda Smith, Institute of Astronomy

有人提出了一些假设来解释为什么会这样，但没有一个是令人满意的。这项新研究的结论是，这些变化是由宇宙中充满冷氢气的大区域造成，当时宇宙只有10亿年的历史，这一结果使研究人员能够确定再电离何时结束。在再电离过程中，当宇宙从宇宙的“黑暗时代”过渡出来时，星系之间的空间充满了电离氢等离子体，温度约为1万摄氏度。这令人费解，因为大爆炸后的5000万年，宇宙是寒冷和黑暗的。它包含的气体温度仅比绝对零度高几度，没有发光的恒星和星系。

那么，为什么在大约138亿年之后的今天，宇宙沐浴在各种星系中恒星发出的光中，而气体温度是现在的1000倍呢？在过去的二十年里，回答这个问题一直是宇宙学研究一个重要目标。这项新研究结论表明，再电离发生在大爆炸之后的11亿年(或者说127亿年前)，比之前认为的要晚得多。来自印度、英国、加拿大、德国和法国的研究人员在英国科学技术设施理事会(STFC)和欧洲先进计算伙伴关系(PRACE)资助下，在剑桥大学、杜伦大学和巴黎大学的超级计算机上进行了最先进的计算机模拟，并在此基础上得出了结论。

剑桥大学的Martin Haehnelt说：当宇宙存在11亿年的时候，宇宙中仍然有大片的区域，星系之间的气体仍然是冷的，正是这些中性冷气体岛屿解释了这些令人困惑的观察结果。加拿大理论天体物理研究所的劳拉·基廷说：这最终使我们能够比以前更准确地确定再电离的终点。新研究表明，宇宙是由第一个形成星系年轻恒星发出的光再电离的。对于未来旨在探测宇宙早期中性氢的实验来说，晚再电离也是一个好消息，再电离越晚，这些实验就越容易成功。一个这样的实验是十国平方公里阵列(SKA)，其中包括加拿大、法国、印度和英国。