宇宙的边缘世界

《照亮宇宙的第一缕光从何而来》

假设宇宙大爆炸时的一个光子，在岁月的长河中，一直不停歇地奔跑着，科学家们如果能够解读出它所携带的信息，就能窥见宇宙早期的样子。我们现在可以看到的宇宙，最远的信号是来自宇宙微波背景辐射。二十世纪六十年代初，美国两位科学家为改进卫星通讯，建立了高灵敏度的号角式接收天线系统。为了降低噪音，他们甚至清除了天线上的鸟粪，但依然有消除不掉的背景噪声。这正是宇宙微波背景辐射造成的，这一发现为他们赢得了1978年诺贝尔物理学奖。

尽管宇宙微波背景辐射是研究宇宙再电离时期的一种重要方法，但这种方法有局限，一般会结合宇宙早期星系的研究，如对那个特殊时段的类星体、伽马爆和恒星形成星系的研究，来获得再电离的演化历史。然而宇宙早期类星体的数目非常少，而早期宇宙伽马爆又很难捕捉到，故而早期宇宙的恒星形成星系现在是研究宇宙再电离的热点。这些宇宙早期天体所辐射的莱曼阿尔法光子，一直是科学家们探测宇宙再电离的关键手段，因为这一发射线光子会被宇宙间弥散的中性氢原子散射。如果说宇宙整体的中性氢环境就像一场大雾，这些早期宇宙中的莱曼阿尔法星系就像大雾中的车灯，被遮挡得有些模糊。一旦周围环境开始电离，大雾会渐渐变弱，等到氢元素完全电离，大雾也就消失了。

“宇宙再电离时期的莱曼阿尔法星系”（英文缩写LAGER），是中国科学技术大学王俊贤教授发起组织的一个国际研究项目，由中国、美国和智利三国天文学家参加，中科院率先行动“百人计划”青年俊才候选人、上海天文台郑振亚研究员是该项目的共同组织者。

宇宙年龄8亿年处是宇宙再电离研究的最前沿，由于观测上的挑战，国际上对这一宇宙年龄及更遥远的莱曼阿尔法星系的类似搜寻工作， 在第一个目标天区探测到了宇宙年龄在8亿年处的23例莱曼阿尔法发射线星系。这批样本也是该宇宙年龄处获得的最大星系样本。分析发现，莱曼阿尔法星系的数目在宇宙年龄10亿年处大概是宇宙年龄8亿年处的4倍。“这表明宇宙再电离的过程始于更早期，在宇宙年龄8亿年处仍然未完成，大概处于一半电离一半电中性的状态，并且是非均匀的。”论文第一作者郑振亚研究员说。

这个结果意味着，宇宙在它当前年龄不到6%处，这场“大雾”已经开始消散（50%电离）；很大比例的早期宇宙第一代星系则形成于宇宙年龄8亿年之前。