綠碗豆星系將可解釋後大爆炸時期的宇宙

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大爆炸(Big Bang)創造了我們現在所看到的宇宙,而天文學家一直以來存有疑問,星系是如何將大爆炸之後的氣體電離,以及如何無法和快速再電離時星系中所發射出來的力量較勁。但一個來自公眾科學(citizen science)的發現,帶領科學家找到宇宙再電離(cosmic reionization)有可能的罪魁禍首。

國際間一群天文學家們相信,綠碗豆星系(green pea galaxies)要為宇宙再電離負責。綠碗豆星系乃小型天體,可以放射出能量非常大的中子,將中性氫轉成電離電漿,於2007年由星系動物園(Galaxy Zoo)之志願者所發現,而由於它們小形如碗豆因而命名為綠碗豆星系。

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宇宙在大爆炸之後經歷很長一段毫無光線閃耀的時期,稱為宇宙的黑暗時代(dark ages)。在這個階段,宇宙中覆蓋著大量雲層和中性氫。但因為氣體的關係,原本平靜無事的時間突然停止,而恆星的誕生使得氫氣轉而為電漿,也成為宇宙再電離的開端。

宇宙的再電離仍然是一個神祕的時期,因為中性氫電離後,將產生強而有力的紫外線(UV)中子。年輕的恆星發射出強烈的紫外線,但如果這些恆星在龐大的星系中湮沒,則那些中子將在在過程中被吸收,未曾逃離於星系之中。

此研究調查於本周《Nature》期刊上發表。維吉尼亞大學共同作者Anne Verhamme提及:「一般認為類星體(Quasars),在超質量黑洞(supermassive black hole)周圍,由塵土與氣體形成的超高溫物質)」不足以多到產生巨大的貢獻,而在我們研究宇宙再電離的天文學家社群中,一般則認為星系中年輕的恆星最具嫌疑。

雖然星系被認為是罪魁禍首,但一般的星系並沒有發射出足夠的電離中子,因此,此項研究開始尋找強而有力的星系。透過使用哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope),研究團隊發現J0925「綠碗豆」星系所發射出來的電離中子攜帶有特別的強度,其發射物比起大部分星系都要來得強力,而如果在宇宙初期發現有這些為數眾多的天體,那麼它們絕對可以解釋再電離是如何發生。

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雖然發射的是紫外線,但由於宇宙之廣,來自這些星系的光只有紅外線能夠到達,因此要確認這個團隊關於綠碗豆的解釋是否正確,則必須等到下一代太空望眼鏡的出現。 Verhamme說:「我們需要詹姆斯·韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),因為我們需要一個紅外線望眼鏡來偵測它們。」

由於科技的局限,以及宇宙中越來越少清楚的天體,使得再電離的研究調查相當困難。然而這個發現在這領域中扮演了一個重大的衝擊,研究團隊在一份聲明中陳述:「這些發現對於宇宙初期的研究來說,是一個重要的里程碑。」

綠碗豆星系被黑洞脫皮:

來源: Iflscience