中外科学家宇宙黑暗时代再电离研究获重要突破

(记者黄鑫)中国科学技术大学王军贤教授和中国科学院上海天文台郑振亚研究员及其合作者在宇宙再电离领域取得了突破性进展。他们观察并获得了早期宇宙的星系样本(大爆炸后约8亿年，约为当前宇宙年龄的6%)，并发现宇宙星际弥散介质中氢的电离率约为宇宙年龄的50%。相关的研究结果最近发表在《天体物理学快报》上。

大爆炸后大约30万年，整个宇宙处于黑暗时代。在那个时期，宇宙中没有恒星或星系，整个宇宙充满了中性氢。整个宇宙的整个相变过程被称为再电离，但是如何确定再电离的详细过程以及第一代星系何时形成仍然是天体物理学前沿的一个非常具有挑战性的问题。

早期宇宙中由天体辐射的莱曼阿尔法(Lyα)发射线光子将被分散在星系际空间的中性氢原子散射，就像雾中的光一样，使星系受阻。如果周围环境开始电离，雾将减弱，如果完全电离，雾将消失。因此，对莱曼阿尔法发射线星系的观测是探测宇宙再电离的关键手段。

“宇宙再电离期的LAGER”是由中国科技大学王军贤教授发起和组织的研究项目，来自中国、美国和智利的天文学家参加了该项目。郑振亚是该项目的共同组织者。据报道，该项目利用智利CTIO天文台4米望远镜上的超大视场暗能量相机，通过专门定制的窄带滤光片，系统搜索宇宙黑暗时代的莱曼阿尔法发射线星系(红移~7.0)。

论文的第一作者郑振亚解释说，宇宙的年龄是8亿年，这是宇宙再电离研究的前沿。由于观测方面的挑战，在过去10年中，国际上对红移为7.0或更远的莱曼阿尔法星系的搜索进展非常缓慢。LAGER在第一个目标天空区域(计划中的4个)探测到23个莱曼阿尔法发射线星系，宇宙年龄为8亿年。这个样本也是红移时最大的星系样本。分析发现，10亿年时莱曼阿尔法星系的数量(红移5.7)大约是8亿年时的4倍。这表明宇宙再电离的过程开始得更早，在8亿年前仍然不完全，大约一半电离，一半电中性，而且不均匀。宇宙中8亿年星系数量的减少来自中性氢对莱曼阿尔法辐射线的抑制。

郑振亚说，这个结果意味着雾(整个宇宙的中性氢环境)已经开始消散(50%电离)，不到宇宙当前年龄的6%。早期宇宙中第一代星系的很大一部分需要在8亿年前形成。