韋伯望遠鏡重磅發現：微型星系為宇宙「黑暗時期」點亮曙光
記者林育如／編譯
宇宙誕生初期，曾歷經一段充滿謎團的「黑暗時期」，當時宇宙被濃密的中性氫氣體籠罩，光線難以穿透。這段關鍵的宇宙演化階段，數十年來一直是天文學家探索的核心。如今，借助詹姆斯·韋伯太空望遠鏡（JWST）的卓越觀測能力，科學家們取得了突破性進展，發現正是那些微小而充滿活力的星系，可能扮演了驅散這片迷霧、為早期宇宙重新點燃光芒的關鍵角色。這項發現不僅改寫了我們對宇宙黎明的理解，也再次彰顯了JWST在探索宇宙起源方面的革命性潛力。
外媒《SPACE》報導，在大爆炸發生後約38萬年，宇宙逐漸冷卻，使得原本自由存在的帶電粒子（質子和電子）得以結合，形成了大量的中性氫原子。這些中性氫原子如同厚重的宇宙迷霧，吸收了大部分光線，使得整個宇宙變得不透明，進入了長達數億年的「宇宙黑暗時期」。直到第一批恆星和星系形成，並發出足夠強烈的紫外線輻射，才逐漸將這些中性氫原子電離化，使得宇宙重新變得透明，進入我們今天所知的「再電離時代」。
長期以來，天文學界一直在爭論，究竟是早期宇宙中數量稀少但極為明亮的巨型星系，還是數量眾多但單個亮度較低的微型星系，在宇宙再電離過程中貢獻了大部分能量。JWST的最新觀測數據，強烈傾向於後者——最微小的星系。研究指出，這些微型星系雖然單獨看來能量輸出有限，但它們數量龐大且廣泛分佈，共同發出的強烈輻射可能累積起來，像無數個「宇宙手電筒」一樣，逐漸將早期宇宙的濃霧驅散，使其重新沐浴在光芒之中。
這項突破性的發現，得益於JWST對星系團Abell 2744（亦稱「潘朵拉星系團」）的細緻觀測。這個龐大的星系團位於雕塑座方向，距離地球約40億光年。它擁有巨大的質量，因此產生了強大的引力場。根據廣義相對論，這種強大的引力會使從其後方更遙遠、更古老星系發出的光線發生彎曲和扭曲，形成一種被稱為引力透鏡效應的現象。
潘朵拉星系團的引力透鏡效應，如同一個巨大的天然放大鏡，將其背後那些極為微弱、遙不可及的早期宇宙星系的光線，放大數倍甚至數十倍，使其亮度足以被JWST捕捉到。正是透過這種「放大」能力，JWST得以觀測到這些遠古、微小星系的細節，並分析它們發出的光譜，從而推斷它們的能量輸出和對宇宙再電離的貢獻。
詹姆斯·韋伯太空望遠鏡以其無與倫比的紅外線觀測能力和極高的靈敏度，成為探索早期宇宙的理想工具。它能夠捕捉到遙遠星系發出的被宇宙膨脹拉伸成紅外線的微弱光芒，讓我們得以回溯到宇宙誕生後數億年的時代。此次對微型星系作用的發現，不僅為宇宙再電離的機制提供了關鍵證據，也再次證明了JWST在揭示宇宙起源和演化方面所具備的革命性潛力。
這項研究為宇宙學的重大謎團點亮了一盞明燈，科學家們期待JWST能持續深入觀測，收集更多關於早期宇宙星系和再電離過程的數據，進一步完善我們對宇宙「黑暗時期」如何終結的理解，並揭示宇宙第一批恆星和星系誕生的詳細圖景。人類對宇宙的探索永無止境，JWST的每一次發現都引領我們更接近宇宙創生的真相。
資料來源：《SPACE》
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