暗時期宇宙沒那麼冷！氫氣悄悄升溫 揭示早期宇宙活躍史

記者林育如／編譯

大爆炸後，宇宙炙熱而密集，光子不斷與電子和離子碰撞，無法自由穿梭。約 38 萬年後，宇宙冷卻到可以形成中性原子，光子才得以自由漫遊，形成今天的宇宙微波背景。接下來的數億年，宇宙陷入「暗時期」——缺乏新星誕生，氫與氦仍以巨大雲團存在，看似一片沉寂，直到首批恆星和星系點亮天空，再次電離氫氣。

即便如此，暗時期並非完全靜止。科學家觀察氫的 21 公分射電波信號。這種微弱信號來自氫原子電子與質子自旋的微小能量差，電子翻轉自旋時會釋放微量能量，產生固定波長的射電輻射。氫是宇宙最豐富的元素，因此 21 公分波成為研究早期宇宙氣體分布、動態和溫度的重要工具，也能揭示暗物質和再電離過程。

澳洲西部 Murchison Widefield Array 天文台團隊整合十年的觀測資料，分析再電離時期氫氣的功率譜，成功提取微弱的宇宙信號。結果顯示，大約在大爆炸後 8 億年，宇宙中的中性氫已經開始比極冷模型預期的更暖。換句話說，即便在首批恆星大規模形成前，暗時期的宇宙已經在悄悄演化。

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這一發現排除了極端「非常冷啟動」模型，表明暗時期的宇宙並非完全冰冷。至於加熱來源，目前仍不確定，但科學家推測可能與早期黑洞或其他高能射線活動有關。無論來源為何，這項研究顯示，即使在缺乏明亮光源的黑暗時期，宇宙已經悄悄為後來星系與恆星的誕生鋪路。

這項研究不僅加深了對暗時期的理解，也證明即使是極微弱的射電信號，也能揭示宇宙早期的秘密。看似沉寂的宇宙，其實從一開始就充滿活動與故事，而這些故事，正透過氫的微弱波動慢慢被我們捕捉到。

資料來源：Universe Today、Scimex