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空中课堂|宇宙再电离点亮黑暗时代

发布时间:2025年06月27日

现在天文学家已将宇宙的年龄测量限定在了138亿年左右。在这漫长的时间里,宇宙演化经历了一次又一次的物态转变的过程。其中,(氢的)“宇宙再电离”是宇宙在早期发生的一次重要相变,也因为现在多个大型望远镜的运行观测,正为观测天文学家所关注。该时期对应着宇宙学红移6之上,也就是大约130亿年以前,如果将现今的宇宙年龄归一化到百岁的人类寿命,那再电离即是还未上小学的幼儿阶段。

Figure 1 艺术想象图:发生于约130亿年前的宇宙再电离(图片制作:北京天文馆喻京川)(1).jpg

Figure 1 艺术想象图:发生于约130亿年前的宇宙再电离(图片制作:北京天文馆喻京川)


在大爆炸后宇宙逐渐冷却的过程中,自由质子和电子结合成中性气体(大部分为氢与氦),随后除了波长被逐渐拉长并且变暗的背景辐射(即如今的微波背景),宇宙中因为还没有其他的光源,呈现相对均匀且一片“黑暗”。在这“黑暗时代”的末期,第一批恒星、星系和类星体(黑洞)等天体逐渐形成并开始发光,其中较高能的紫外(莱曼连续谱)光子,逐渐电离占据星系际介质大部分的氢原子气体,让其从中性态转变为电离态。该过程即被称为宇宙再电离,是宇宙演化史中最重要的阶段之一。再电离以后,宇宙对莱曼光子变得“透明”,可以说宇宙被重新“点亮”。 再电离过程对于后续的大尺度结构形成与星系形成的物理环境有着很重要的影响。

文章作者:宁远航


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