文 胡德良譯

奇妙的“瑞士奶酪星系”

文 胡德良譯

天文學(xué)家們最近發(fā)現(xiàn)了一個(gè)位于29億光年之外的星系，類似于宇宙誕生后不久出現(xiàn)的改變了整個(gè)宇宙的那些星系。大爆炸發(fā)生幾億年之后，類似的星系如何使遍布于星際空間的氫原子發(fā)生分裂？該發(fā)現(xiàn)或許有助于科學(xué)家們加深對(duì)這個(gè)問題的理解。

宇宙一誕生就是熾熱的，開始時(shí)是電子、帶正電的質(zhì)子和氦核的混合體。但是，隨著宇宙的膨脹，自身溫度也大幅度降低，結(jié)果在大爆炸發(fā)生大約38萬年后，電子和質(zhì)子結(jié)成對(duì)，產(chǎn)生了中性的氫原子。所有自由飄浮的氫都會(huì)吸收最早期恒星散發(fā)的極端紫外線。后來，倍增的恒星和星系發(fā)出的極端紫外線將電子和質(zhì)子剝離，使氫氣發(fā)生“再電離”。然而，“再電離”究竟如何實(shí)現(xiàn)，沒有人知道。

研究發(fā)現(xiàn)，只有波長(zhǎng)短于912埃（91.2納米）的極端紫外線光子，才會(huì)攜帶足夠的能量將氫原子撕裂。對(duì)于當(dāng)今的典型星系來說，塵埃阻斷了絕大部分極端紫外線，中性的氫氣吸收其余極端紫外線的99%，使余下的1%逃逸出來，但這不足以使宇宙發(fā)生再電離。

馬里蘭州巴爾的摩市約翰霍普金斯大學(xué)天文學(xué)家Sanchayeeta Borthakur及同事利用哈勃太空望遠(yuǎn)鏡觀察到一個(gè)非同尋常的星系SDSS J0921+4509，該星系位于大熊座，正在散發(fā)出大量的極端紫外線。天文學(xué)家通過對(duì)比這個(gè)星系散發(fā)的輻射波長(zhǎng)有多少在912埃之上、有多少在912埃之下，發(fā)現(xiàn)該星系極端紫外線的逃逸率為21%。

“逃逸率太高了！”加州大學(xué)河濱分校天文學(xué)家Brian Siana說，“早期宇宙中所有星系釋放的極端紫外線必須達(dá)到一定的量，才能電離星系際介質(zhì)中的氫氣。我們認(rèn)為，該逃逸率大約相當(dāng)于再電離時(shí)期所釋放的極端紫外線部分?！?/p>

星系SDSS J0921+4509釋放出大量極端紫外線的秘密是什么？Borthakur說：“秘密在于‘瑞士奶酪’結(jié)構(gòu)?！痹撔窍凳且粋€(gè)星爆星系，其中包含一個(gè)直徑不到1000光年的致密區(qū)，這個(gè)區(qū)域誕生了大量的熾熱恒星，這些恒星的光和“風(fēng)”形成一種強(qiáng)化型的恒星風(fēng)，將中性的氫氣團(tuán)擊穿，使其呈現(xiàn)出“瑞士奶酪”結(jié)構(gòu)?！皹O端紫外線的光子通過擊穿的洞孔逃逸出來。”

瑞士奶酪結(jié)構(gòu)模型

該發(fā)現(xiàn)表明：在使宇宙發(fā)生再電離的星系中，盡管多數(shù)星系較小，也是星爆星系。然而跟這個(gè)星系相比，早期星系有一個(gè)優(yōu)勢(shì)——當(dāng)時(shí)幾乎沒有阻礙光線的塵埃，因?yàn)閴m埃由恒星制造的重元素構(gòu)成，而在很早的時(shí)期幾乎還沒有恒星出現(xiàn)。