你看到的宇宙，是透明的，从来如此吗？

在科学家眼里，宇宙在它诞生之初急剧变化的年代里呈现出这样独特的景象。

旭日弧和它所在的星系团。图源：ESA

从宇宙诞生之初的几年里的某个时刻开始，宇宙变得透明了。现在，天文学家声称，他们观测到了让宇宙变得透明的过程。

人们把大爆炸之后二三十亿年的时间称为宇宙正午。大多数恒星都在这段时间里成形，星系正处于它们一生中最亮的时刻。电中性的氢气团环绕在这些新生的星系周围。同样在这段时间里，这些氢气团逐渐发生变化，从不透明变得透明。

在《科学》期刊刊载的一项研究成果中，天文学家介绍的正是这个过程。

刊载这项研究过程成果的期刊封面。图源：Science

斯德哥尔摩大学的天文学家埃米尔·里维拉-托尔森是这项研究的第一作者，他对天文在线的记者说：“这就像是所有的海水都从液态变成了气态。这个过渡非常重要，它在任何意义上都是一场剧变。”

斯德哥尔摩大学物理、天文学、生物技术中心。图源：Wikipedia

在宇宙中的显微镜下

为了探明这个过渡究竟怎样发生，研究团队看向了一个被称为旭日弧的星系。通过一个星系团，他们看到了引力透镜效应：宇宙物质像显微镜一样，让旭日弧发出的光发生了弯曲。

引力透镜效应。图源：ESA

“这是一个非同寻常的现象，”里维拉-托尔森说，“而且，如果最大的星系团之一没有恰好在观测图像的前景中和它出现在同一条直线上，它就不可能充当引力透镜。”

在人类观测到的光线因为引力透镜而发生弯曲的星系中，旭日弧是最亮的一个，它提供了研究那些罕见的宇宙现象的机会。在这项研究中，研究团队关注的问题是离子化的气体如何逃脱了早期星系。研究人员说，如果科学家们研究清楚了这个现象，他们就能够理解宇宙在漫长的时间中如何演化。

“宇宙现在已经进入中年了，而我们研究的问题关于宇宙的童年和青少年时期，”里维拉-托尔森说，“这就像是在看恐龙。”

借助哈勃空间望远镜，科学家们找到了离子化的紫外光子从星系中逃脱进入星系间介质的确切位置。一旦逃脱的光子达到足够大的数量，它们的能量就会使星系周围的氢气离子化，将原子中的电子释放出来。基本上就是这个过程将氢气变成了透明的等离子体。

哈勃空间望远镜。图源：NASA

研究人员说，人们可以想象多云的天空变得晴朗的过程。“就像是厚厚的云层遮住了太阳，”里维拉-托尔森说，“等到云蒸发的时候，你就可以看到更多的阳光穿透云层，直到天空变得完全清明澄澈。”

里维拉-托尔森说，让光子得以逃脱、也就是让早期宇宙这片阴郁的天空变得晴朗的那些小孔刚好和科学家观测旭日弧的方向位于一线。

他说：“你现在有一个光源，中性气体像一张毯子一样包住了这个光源，但是这张毯子上有小孔，小孔里是几乎没有中性气体的。”

向回拨动指针

约翰·奇泽姆是加州大学圣克鲁兹分校的哈勃研究员，他的专业领域是早期宇宙中的星系。奇泽姆没有参与这项研究。他认为，这项研究中的观测为解释年轻的星系如何塑造它周围的宇宙提供了最详细的观点。

宇宙诞生之初。图源：Discover

奇泽姆对天文在线说：“这是在模拟最早的星系很可能的样子。”

他认为，观测现在的宇宙却不知道它曾经是什么样子，无异于通过一个中年人的样子想象他的婴儿时期。

“那样，你永远都不会知道一个人的生命中的发展历程——这本是一笔宝贵的财富，”奇泽姆说。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. Passant Rabie- X. Liu- inverse

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2.天文学名词

3.原文来自：https://www.inverse.com/article/60764-study-shows-ionizing-photons-escape-galaxies

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