天文学家发现的第一批恒星从宇宙黑暗时代“冒泡”

此图显示了星系团EGS77中三个星系形成的电离气泡。

NSF国家光学红外天文学研究实验室的一项计划，是在基特峰国家天文台使用Mayall望远镜的天文学家，在大爆炸发生仅6.8亿年后，就发现了星系早期恒星电离的氢气的几个重叠气泡。这是第一代恒星形成并开始使渗透到宇宙中的氢气电离的时期的最早直接证据。

在很早的宇宙中就有一段时期，即所谓的“宇宙黑暗时代”，当时在大爆炸中形成的基本粒子结合形成中性氢，但还没有恒星或星系可以照亮宇宙。这个时期开始于大爆炸之后不到五十万年，并结束了第一批恒星的形成。虽然计算机模拟表明了我们宇宙演化的这一阶段，但直接的证据却很少。

现在，在NSF国家光学红外天文研究实验室（OIR Lab）的基特峰国家天文台（Kitt Peak National Observatory）的Kitt Peak国家天文台的4米长Mayall望远镜上，使用红外成像仪NEWFIRM的天文学家已经报告了对一组称为EGS77的星系的成像，包含这些最初的星星。他们的结果在今天在夏威夷檀香山举行的美国天文学会（AAS）第235次会议上举行的新闻发布会上宣布。

“年轻的宇宙充满了氢原子，氢原子如此衰减，以至于它们阻挡了我们对早期星系的视线，”位于美国宇航局新闻发布会上的美国宇航局戈达德太空飞行中心的詹姆斯·罗德斯说。“ EGS77是第一个参与清除这种宇宙雾的星系。”

该团队首先进行了旨在探测高红移星系的成像调查，并将这些数据与哈勃太空望远镜拍摄的相应图像进行了组合。这使团队能够计算所谓的光度红移，即估计距离的代理。在这些红移下，星系的光完全移出了人眼对更长（红外）波长敏感的波长范围。选择遥远星系候选者的标准包括在Mayall 4米望远镜上与NEWFIRM一起使用的特殊红外窄带滤光器中清楚地检测到它们，并在哈勃使用的较短波长的滤光器波段中完全不检测到它们。团队负责人维萨·提尔维（Vithal Tilvi）说：“只有在NEWFIRM上使用了特殊的窄带滤光片，才能发现该组中的两个较暗的星系。”

蒂尔维说：“来自星系的强光可以使周围的氢气电离，形成气泡，使星光可以自由传播。”EGS77形成了一个大气泡，使它的光可以在不产生太大衰减的情况下传播到地球。最终，像这样的气泡遍布所有星系并充满了星际空间，从而为光穿过宇宙扫清了道路。

EGS77是作为宇宙深窄带（Cosmic DAWN）调查的一部分而发现的，Rhoads担任该调查的主要调查者。该小组在国家光学天文台的超宽视野红外成像仪（NEWFIRM）上使用定制滤镜对Boötes星座中的一小块区域进行了成像。DAWN团队成员Ron Probst也曾协助开发NEWFIRM，他补充说：“这些结果表明，在我们国家的天文台维护强大而灵活地适应新科学问题的仪器具有重要的价值，这些问题可能不是我们早已想到的最初是何时制造乐器的。”

一经确定，这些星系的距离和年龄就可以用位于夏威夷毛纳基亚W. M. Keck天文台的Keck I望远镜上的MOSFIRE光谱仪用MOSFIRE光谱仪拍摄的光谱来确认。这三个星系都在红移（z = 7.7）处显示出强烈的氢莱曼α发射线，这意味着我们在大爆炸之后的6.8亿年看到了它们。每个周围的离子化气泡的大小均来自计算机建模。这些气泡在空间上重叠，但是足够大（约220万光年），以使Lymanα光子在到达气泡边界之前发生红移，因此可以毫发无损地逸出，从而使天文学家能够对其进行探测。

NASA GSFC的合作者Sangeeta Malhotra说：“我们预计宇宙历史上这个时代的电离气泡将很少见，而且很难找到。因此，确认这种过渡非常重要。”这种“宇宙曙光”是介于中性和离子化宇宙之间的中间状态，这已经被预料到了。如此强大的天文仪器的推出使此类发现成为可能，而这些天文学仪器可以用上一代天文学家无法想象的方式探测宇宙。

笔记

[1] EGS，即扩展的格罗斯地带，是HST在2005年成像的区域；它对应于在臂长处握住手指宽度的窄天空。地带内至少已知有50,000个星系。

更多信息

这项研究将在即将发表的论文中进行介绍，目前已接近接受。

研究小组由以下人员组成：

V. Tilvi，亚利桑那州立大学亚利桑那州立大学地球与太空探索学院； S. Malhotra，医学博士，戈达德太空飞行中心，马里兰州格林贝尔特；格林贝尔戈达德太空飞行中心天体物理学科，J。E. Rhoads；亚利桑那州钱德勒钱德勒-吉尔伯特社区学院的A. Coughlin；郑Z，中国上海上海天文台，中国科学院银河系与宇宙学研究重点实验室； S. L. Finkelstein，德克萨斯大学奥斯汀分校天文系，德克萨斯州； S. Veilleux，马里兰大学马里兰州大学公园市天文与联合太空科学学院； B. Mobasher，加州大学里弗赛德分校物理与天文学系；王，中国科学技术大学天文系，中国科学院银河系与宇宙学重点实验室，中国安徽合肥；国家臭氧局罗布·普罗布斯特（Rob Probst），亚利桑那州图森市樱桃街950号，亚利桑那州85719。