英媒：第一批恒星如何照亮宇宙

英國廣播公司《科學焦點雜志》網站近日刊登題為《第一批恒星如何撕裂宇宙》的文章，作者是美國北卡羅來納州立大學天體物理學教授凱蒂·麥克，主要內容編譯如下：

萬物初始時都那么熱。最初是純粹的輻射：源自某種原始的、現已因時空過度延伸而消失的沖力，隱藏在灼燒著初生宇宙每一飛米的火墻后面。不存在光源、也沒有起火點，萬物都是輻射、無處不是輻射，而且無處不在擴張。宇宙在膨脹、空間從自身逃逸、光線遍布宇宙初創的表面直到滴粒形成。物質誕生時熾熱而耀目。

第一批粒子高速穿過波，也就是擴散和碰撞聲震中的灼熱等離子體，宇宙是離子，也就是游離的質子和電子的海洋，還有稀稀拉拉的氦和其他輕原子核，產自無所不包的核熱熔爐。宇宙釋放的火慢慢燃盡化為原子。帶正電的質子和帶負電的電子結合形成中性原子，這是宇宙中最先出現的中性原子，主要是氫，而且不再是等離子體，也不是離子，而是氣體。氣體冷卻了，安靜下來。宇宙平靜了1億年。

在下一階段，大爆炸產生的光線逐漸暗淡，伸向射電頻譜，第一批恒星尚未點亮。千萬年間，宇宙充滿黑暗的氫霧，隨著太空膨脹而擴張，殘余的熱量在消逝。

霧能感受到自身重量。翻滾的等離子體波冷卻后，就會拋開波峰，作為微小缺陷在氣體中留下痕跡。這里的原子稠密些，那里稍微稀薄些。一個原子的質量微乎其微，但假以時日，原子會找到鄰近原子。

最濃的霧形成云，最密的云形成簇。簇越發厚重，把氣體吸入環繞它們的軌道，簇旋轉和碰撞的力度之大使得氣體被壓縮直至點燃。在最致密云的中心，休眠許久的氣體重新變成灼熱的核爐。就這樣第一顆恒星誕生了，這就是“宇宙黎明”。

在宇宙厚重的霧靄中，恒星點亮、活躍起來，它們是令人目眩的光點，閃耀在黑暗里。恒星聚集起來，在簇擁最密集的地方，星系的時代開始了。

每個星系生來就是自身發光的淺池，卻籠罩在形成星系的濃密陰云中，就像霧氣遮擋了城市之光。原子物理學的變幻莫測使氫成為有效的星盾：給氫原子一個可見光的光子，氫原子就會將光子完全吸收，氫原子的電子被撞擊到更高的能量狀態，此后光會從任意方向射出。

但這種星盾具有自限性。來自第一批星系的光攜帶更強的輻射：紫外線，這種輻射太過強大，以至于氫原子一不小心不是被激活電子，而是被徹底清除。喪失氫的星系發出光泡，光泡開始擴大，在寒冷、寧靜的星系間氣體中形成洞。10億年來，這些光泡遍布宇宙，幾乎每個氫原子都被一分為二，質子和電子再次在宇宙中分別游蕩——這一次不是火，而是再度電離的氣體彌漫而消散中形成的霧靄。 我們還在了解第一批恒星是如何分裂宇宙的。我們稱之為“再電離化”，對它的了解主要通過它的終結。電離化的宇宙對可見光來說是透明的。當我們眺望宇宙，看到有些星系的古老光線從時間意義上的過去照射到我們面前，就能開始看到這些光在熄滅，就好像觀看倒放的宇宙影片。厚厚的中性氣體擴散并籠罩星系，直到星系幾乎完全隱藏起來。

不過，所幸我們有辦法撥開迷霧。可見光或許被吞噬，但波長更長的輻射可以暢行無阻，包括紅外線、微波和無線電，而恒星光是全頻譜的。有了詹姆斯·韋布空間望遠鏡這樣的新望遠鏡，我們可以捕捉到星系光線中的紅外部分，從而窺見再電離的時代。有了新射電望遠鏡，我們甚至能做得更好，包括接收中性氫本身發射或吸收的無線電波的低頻。

弄清再電離化就等于了解了第一批恒星和星系。或許有朝一日，我們會看到這些恒星和星系穿透自己初生時的圍裹，散發的微小光芒越過，然后永遠、徹底改變了黑暗海洋。

來源：參考消息網