宇宙又晚出生了一億年

IT之家（www.ithome.com）：最新研究：宇宙又晚出生了一億年

宇宙中最古老的一代恆星，可能需要重新設置它們的生日了。按照歐洲空間局普朗克衛星（Planck）公布的最新數據，這些古老恆星開始發光發熱的時間，要比科學家此前預計的時間晚大約1億年。

普朗克團隊最新發布的宇宙微波背景輻射極化圖像。圖片來源：ESA

宇宙大爆炸之後的數億年，最早形成的一批恆星和星系發出光和熱照亮了宇宙，結束了此前的那一段被稱為「暗黑紀元」（dark age）的時期。歐洲空間局的普朗克衛星所作的最新測量表明，星光開始照亮宇宙的這一時刻，大約比普朗克此前估算的時刻晚了大約1億年。這一結果是在普朗克衛星新一年觀測數據的基礎上作出的。

「盡管相比於宇宙近140億年的年齡，區區1億年似乎可以忽略不計，但對於第一批恆星的形成來說，它們帶來的影響截然不同。」普朗克團隊成員、意大利米蘭大學的馬爾科·博薩內利（Marco Bersanelli）在一份申明中如是說道。

暗黑紀元的終結

早期宇宙中誕生的第一批恆星和星系，終結了宇宙的所謂「暗黑紀元」。這些恆星不只是用它們發出的光照亮了夜空，還清空了原本充斥在宇宙中的、由氫原子構成的迷霧。

這團迷霧填滿整個宇宙，遮擋了絕大部分波長的光線——這正是這一時期被稱為「暗黑紀元」的原因。

第一批恆星和星系發出的強勁光子將迷霧中的氫原子電離，也就是把電子從原子核（質子）周圍趕走，因此這一時期又被稱為再電離時期（reionization）。被稱為類星體的星系大約也在這一時期突然出現，位於類星體中心的超大質量黑洞將光和物質構成的強大噴流射入宇宙。

按照歐洲空間局的那份申明，美國航空航天局（NASA）的哈勃空間望遠鏡所做的觀測表明，宇宙在大爆炸後大約9億年時已經完全清除了氫原子迷霧。問題在於，這一過程是從什麼時候開始的呢？

此前普朗克所作的觀測表明，再電離時期始於大爆炸後約4.5億年。新的結果使用了更大的數據庫，即2009年到2013年間普朗克采集的數據，將這一時刻往後推遲了1億年。

由於恆星和星系驅動了再電離過程的開啟，普朗克團隊的科學家表示，新的測量結果也指明了第一批恆星和星系開始形成的時刻。

普朗克團隊成員、法國巴黎天體物理研究所的弗朗索瓦·布歇（Fran?ois Bouchet）說，「這些過程基本上是同一枚硬幣的兩面。」布歇說，普朗克探測器確定的是恆星和星系開始形成的平均時刻，並不是指某些特定恆星的誕生時間。目前已經確定的一些罕見的恆星，或許有可能在暗黑紀元結束之前就已經形成。

暫時，普朗克團隊的科學家仍把再電離看成是一個「瞬時」事件。這裡的「瞬時」當然是在宇宙學尺度上來說的。當然，布歇解釋說，這個過程實際上肯定是要花上一段時間才能完成的。

「任何物理過程都要花費一定的時間，」布歇說，「稍後，我們會去探索這段時間到底有多長。我們希望有能力確定20%的宇宙被再電離的時刻，然後是30%、50%和100%的宇宙。我們希望能夠了解宇宙再電離的完整歷史。那才是我們的最終目標。」

宇宙最古老之光

普朗克望遠鏡研究宇宙再電離時期的方式，是觀測宇宙微波背景輻射：這是一種充斥在整個宇宙之中的微光。這種光由宇宙大爆炸產生，自世界創生之時便在宇宙中穿梭。因此，在宇宙歷史中發生過的所有事件都會在微波背景輻射中留下信息。

當宇宙開始從暗黑紀元中顯現出來的時候，氫原子被拆分成質子和電子。這些電子會與微波背景輻射相互作用，在這種光的「極化」中留下印跡。所謂「極化」，指的是這種光波的振動方向。普朗克團隊的科學家已經從宇宙微波背景中找到了這種細微的變化。

2月5日，普朗克團隊發布了一大批新數據，這項新結果便是其中的一部分。普朗克仍在采集宇宙微波背景輻射的數據，布歇表示他對普朗克衛星有信心，將有能力給宇宙從暗黑紀元中顯現的過程提供更為精細的時間線。