使用美国国家航空航天局（NASA）哈勃太空望远镜的天文学家发现了一些他们从未预料到的东西——来自于大爆炸后仅仅14亿年后存在的星系发出的紫外线光。该星系包含紧密聚集的年轻恒星，能够产生离子化光，改变星系内部及其周围的中性气体，使我们的视野得以清晰。这表明早期宇宙中的类似星系可能负责清除曾经充满宇宙的中性氢气雾霭。描述这一发现的论文于6月23日发表在《天体物理学杂志》上。被编目为MXDFz4.4的星系存在于再电离时代末期，这是我们宇宙的一个变革时期。在宇宙的最初十亿年中，恒星和星系之间的气体对强烈的紫外线光是不透明的。随着时间的推移，气体逐渐变得透明或被离子化。这一变化并非像开关那样简单，而是可能花费数亿年。研究人员仍在收集证据以全面理解这一过程，这就是MXDFz4.4设立一个关键先例的原因。“观察这样的星系被认为是不可能的，”主要作者伊利亚斯·古瓦特斯（Ilias Goovaerts）说，他是巴尔的摩太空望远镜科学所（STScI）的博士后研究员。“研究人员预计填充早期宇宙的‘雾’或中性氢将是太厚，遮挡我们对其离子化光的视野。哈勃不仅发现了这种光，还帮助揭示了关于星系特性的令人难以置信的细节。”哈勃的详细可见光图像揭示，几次年轻恒星的爆发清除了MXDFz4.4星系内部及其周围的空间。天文学家长期以来一直在寻找证据来解释这一转变，而哈勃提供了这一时间段内的第一个例子。图像来源：NASA, ESA, CSA, STScI, Ilias Goovaerts (STScI), Marc Rafelski (STScI, JHU), Anton Koekemoer (STScI); 图像处理：Alyssa Pagan (STScI)年轻的巨大恒星会释放出能离子化氢原子的紫外线光。当这些光经过超过120亿年的旅程到达哈勃时，空间膨胀，光波被拉伸或红移至可见光范围。哈勃的波长覆盖，加上其太空视角的灵敏度和分辨率，使其成为捕捉早期宇宙紫外线光的唯一望远镜。“天文学家发现了许多在宇宙历史上这个时点存在的星系，但我们没有从任何一个星系探测到离子化光子，这使得MXDFz4.4独一无二，”合著者、STScI哈勃副任务负责人Marc Rafelski说道。哈勃的长时间曝光，从几个现有的调查中提取出，揭示了星系中年轻的巨大恒星是紫外线光的来源，这些光清除了周围的空间。这些恒星在MXDFz4.4存在的最后几百万年内以爆发的形式形成，并且它们密集地聚集在一起。加剧这种拥挤效应的是，MXDFz4.4的面积大约是我们银河系的100倍小，但形成星星的速度却快了10倍。“在小空间内拥有大量年轻、炙热、巨大的恒星能更有效地穿透不透明气体，”古瓦特斯说。研究人员估计，50%到100%的年轻恒星的高能离子化光正在逃逸周围的气体。巨型恒星的生命周期也起着作用，因为它们只存活几百万年。许多以超新星的形式爆炸，释放出巨大的能量并吹出巨大的孔洞，使更多的光得以逃逸。这张插图描绘了MXDFz4.4星系在大爆炸后存在14亿年的情况。此时，宇宙仍然是混合着不透明和透明气体的状态，因为再电离时代正逐步结束。插图来源：NASA, ESA, Leah Hustak (STScI)哈勃无法独立完成这些工作。这些结论得到了NASA的詹姆斯·韦伯太空望远镜（James Webb Space Telescope）在近红外光下拍摄的调查数据以及由欧洲南方天文台的非常大望远镜（VLT）在可见光下捕获的该星系的名称来源MXDF（超深场）的支持。该团队使用韦伯的数据显示该星系的质量，分析其较老的恒星，并测量该星系的星形成历史。该星系的较老恒星质量较小且较冷，因此不负责改变周围的气体。哈勃和韦伯数据的比较也显示，最近的恒星形成发生在爆发中。“如果没有韦伯来澄清我们在哈勃图像中看到的内容，我们无法得出这些结论，”拉费尔斯基说。VLT的数据确定了MXDFz4.4存在的时间：在大爆炸后14亿年。在这项发现之前，研究人员仅仅发现了一个在宇宙为16亿年的时候发出离子化光的星系。仅有少数其他例子被确认，它们存在于宇宙大约20亿年时。MXDFz4.4使研究人员更接近于得出...