弄清再电离化就等于了解了第一批恒星和星系

　　参考消息网11月9日报道 英国广播公司《科学焦点杂志》网站近日刊登题为《第一批恒星如何撕裂宇宙》的文章，作者是美国北卡罗来纳州立大学天体物理学教授凯蒂·麦克，主要内容编译如下：

　　万物初始时都那么热。最初是纯粹的辐射：源自某种原始的、现已因时空过度延伸而消失的冲力，隐藏在灼烧着初生宇宙每一飞米的火墙后面。不存在光源、也没有起火点，万物都是辐射、无处不是辐射，而且无处不在扩张。宇宙在膨胀、空间从自身逃逸、光线遍布宇宙初创的表面直到滴粒形成。物质诞生时炽热而耀目。

　　第一批粒子高速穿过波，也就是扩散和碰撞声震中的灼热等离子体，宇宙是离子，也就是游离的质子和电子的海洋，还有稀稀拉拉的氦和其他轻原子核，产自无所不包的核热熔炉。宇宙释放的火慢慢燃尽化为原子。带正电的质子和带负电的电子结合形成中性原子，这是宇宙中最先出现的中性原子，主要是氢，而且不再是等离子体，也不是离子，而是气体。气体冷却了，安静下来。宇宙平静了1亿年。

　　在下一阶段，大爆炸产生的光线逐渐暗淡，伸向射电频谱，第一批恒星尚未点亮。千万年间，宇宙充满黑暗的氢雾，随着太空膨胀而扩张，残余的热量在消逝。

　　雾能感受到自身重量。翻滚的等离子体波冷却后，就会抛开波峰，作为微小缺陷在气体中留下痕迹。这里的原子稠密些，那里稍微稀薄些。一个原子的质量微乎其微，但假以时日，原子会找到邻近原子。

　　最浓的雾形成云，最密的云形成簇。簇越发厚重，把气体吸入环绕它们的轨道，簇旋转和碰撞的力度之大使得气体被压缩直至点燃。在最致密云的中心，休眠许久的气体重新变成灼热的核炉。就这样第一颗恒星诞生了，这就是“宇宙黎明”。

　　在宇宙厚重的雾霭中，恒星点亮、活跃起来，它们是令人目眩的光点，闪耀在黑暗里。恒星聚集起来，在簇拥最密集的地方，星系的时代开始了。

　　每个星系生来就是自身发光的浅池，却笼罩在形成星系的浓密阴云中，就像雾气遮挡了城市之光。原子物理学的变幻莫测使氢成为有效的星盾：给氢原子一个可见光的光子，氢原子就会将光子完全吸收，氢原子的电子被撞击到更高的能量状态，此后光会从任意方向射出。

　　但这种星盾具有自限性。来自第一批星系的光携带更强的辐射：紫外线，这种辐射太过强大，以至于氢原子一不小心不是被激活电子，而是被彻底清除。丧失氢的星系发出光泡，光泡开始扩大，在寒冷、宁静的星系间气体中形成洞。10亿年来，这些光泡遍布宇宙，几乎每个氢原子都被一分为二，质子和电子再次在宇宙中分别游荡——这一次不是火，而是再度电离的气体弥漫而消散中形成的雾霭。

　　我们还在了解第一批恒星是如何分裂宇宙的。我们称之为“再电离化”，对它的了解主要通过它的终结。电离化的宇宙对可见光来说是透明的。当我们眺望宇宙，看到有些星系的古老光线从时间意义上的过去照射到我们面前，就能开始看到这些光在熄灭，就好像观看倒放的宇宙影片。厚厚的中性气体扩散并笼罩星系，直到星系几乎完全隐藏起来。

　　不过，所幸我们有办法拨开迷雾。可见光或许被吞噬，但波长更长的辐射可以畅行无阻，包括红外线、微波和无线电，而恒星光是全频谱的。有了詹姆斯·韦布空间望远镜这样的新望远镜，我们可以捕捉到星系光线中的红外部分，从而窥见再电离的时代。有了新射电望远镜，我们甚至能做得更好，包括接收中性氢本身发射或吸收的无线电波的低频。

　　弄清再电离化就等于了解了第一批恒星和星系。或许有朝一日，我们会看到这些恒星和星系穿透自己初生时的围裹，散发的微小光芒越过，然后永远、彻底改变了黑暗海洋。