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小型矮星系很可能是終結宇宙黑暗時代的主要來源之一﹖
在大霹靂(Big Bang)之後約38萬年﹐隨著宇宙的膨脹﹐宇宙的溫度降低到足以讓庫倫力束縛質子和電子形成中性氫原子。在這段時期恆星和星系尚未誕生﹐整個宇宙只充滿中性氫原子被天文學家稱為宇宙的「黑暗時代(Dark Ages)」。然而﹐現今的宇宙卻處於游離態﹐這與第一代恆星或星系的形成以及早期的超大質量黑洞有關。從黑暗時代到第一代恆星／星系／黑洞的形成﹐高能量的游離輻射(如紫外線)使宇宙的中性氫再次游離(將質子和電子分開)﹐光線才開始穿過﹐這個過程被稱為宇宙的再游離。天文學家花了數十年的時間試圖找出發出足夠強大輻射的來源﹐逐漸清除覆蓋早期宇宙的中性氫「霧」。一項最新的研究結果顯示﹐第一代的小型矮星系很可能是使宇宙再游離的能量輻射的主要來源之一。
利用韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope)前所未有的靈敏度﹐研究團隊觀測了宇宙誕生後第11億年間最微弱星系光譜﹐觀測的結果有效地證明了小型矮星系很可能是使宇宙再游離的能量輻射的主要來源之一。此次的觀測目標是星系團Abell 2744﹐但研究的其實是Abell 2744的背景星系。星系團可說是宇宙中天然的放大鏡﹐這是一種被稱為「重力透鏡」的效應﹐由於質量會扭曲其周圍的時空﹐星系團的質量與集中程度夠大以至於星系團背後非常遙遠的光源在穿過被星系團扭曲時空後亮度被放大且呈現扭曲的外觀。
天文學家可以利用它來看到星系團背後非常遙遠的光源。重力透鏡使研究團隊能夠研究Abell 2744背後非常遙遠的光源。這次的觀測揭示了來自宇宙誕生後第11億年的8個極微弱的星系﹐它們比我們自己的銀河系暗淡了100多倍。這些星系在正常情況下是無法以現代的儀器觀測到的﹐必須藉由前景星系團的重力透鏡效應當作放大鏡﹐才有微弱的光線被放大檢出。
韋伯太空望遠鏡所拍攝的星系團Abell 2744。除了擁有六角光芒的恆星除外﹐這張影像中黃色代表的是Abell 2744星系團的成員﹐而紅色且呈現扭曲形狀的是星系團背後遙遠的其他矮小星系﹐他們在穿過被星系團扭曲時空後﹐亮度被放大且呈現扭曲的外觀。
經過光譜測量研究團隊發現這些微弱且古老的星系是巨大的游離輻射生產者﹐且能量比先前假設的要高出4倍。這意味著宇宙早期小型矮星系很可能是使宇宙再游離的能量輻射的主要來源之一。這一發現也揭示了超微弱星系在早期宇宙演化中所扮演的關鍵角色﹐凸顯了低質量星系對塑造宇宙歷史的重要性。
儘管它們體積及質量微小﹐但這些矮小星系是活躍的高能輻射生產者﹐而且它們可能在宇宙早期非常的豐富以至於它們的集體影響可以轉變整個宇宙的狀態。這是科學家第一次實地測量了這些微弱星系的數量密度並且成功確認它們在再游離時期是最豐富的星系群。這也是第一次測量了這些星系的游離能力﹐使天文學家能夠確定它們可產生足夠的能量輻射來對早期宇宙進行遊離。
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