《照亮宇宙的第一縷光從何而來》（1/2）

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宇宙大爆炸後大概30萬年，進入了黑暗時代。在那漫長的日子裡，時間幾乎是凝固的，沒有恆星，沒有星系，整個宇宙被中性氫所充滿。

再次照亮宇宙的第一縷光從何而來？宇宙何時開始變得明亮？

中國科技大學王俊賢教授和中科院上海天文台鄭振亞研究員及其合作者近日觀測獲得了一個宇宙早期（大爆炸後約8億年，約為宇宙當前年齡6%時）的星系樣本，並由此發現當時的宇宙中星際介質里氫的電離比例約50%。正如黎明之前的黑暗，在這個黑暗時代末期，宇宙第一代恆星和星系開始形成，它們發出的紫外光輻射電離了周圍的中性氫，使得整個宇宙開始一點點明亮起來。

近日，這一突破性進展發表在國際一流天體物理期刊《天體物理快報》上。美國國家光學天文台當地時間7月11日，以「遙遠的星系揭開宇宙黑暗時代末期的面紗」為題專門撰文報導了此項研究突破。

一個極具挑戰性的問題

先來看一下宇宙的前世今生吧。

大約138億年以前，我們的宇宙形成於一次大爆炸，當時的溫度達到10億攝氏度以上。氫元素和氦元素，就是這個時候產生的。大爆炸確定了氫和氦元素各自的比例，氫元素大概占整體數目的90%左右（質量上占75%）。

想像一下，整個宇宙當時就是一鍋熱粥，氫元素處於電離狀態，那個時候的宇宙是明亮的。而隨著溫度下降，宇宙漸漸冷下來，曾經處於電離狀態的氫元素變成了中性氫元素，它可以吸收宇宙中的紫外光，從而束縛住這些光子，使其無法自如到達遠方。宇宙大爆炸後大概30萬年，整個宇宙陷入了一片黑暗之中。

然而，在這宇宙的黑暗時期，在引力作用下，宇宙的結構開始逐步形成：氫元素形成了第一代恆星和星系，第一代恆星的質量可能非常大，相當於幾百個太陽。這些恆星聚變時產生了大量的紫外光子，產生了許多像氣泡一樣的電離泡。隨著電離作用加快，在某個特殊階段，整個宇宙的星際介質再次變成電離環境，從而結束了宇宙的黑暗時代。

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