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宇宙為什麼是透明的?能量從何而來?


  


  科學家終於可以解釋,為什麼宇宙有足夠的能量,使它變得透明。


  加州大學河濱分校(Universityof California, Riverside)的一位助理教授及合作者發表了兩篇論文,解釋了為什麼宇宙有足夠的能量變得透明。該校物理與天文系助理教授Naveen Reddy領導了這項研究,成為第一個如何利用星系氣體物質衡量星際塵埃數量的定量研究。

  分析表明,星系中的氣體像「尖樁籬笆」,有些區域幾乎沒有氣體,是透明的;而有些區域存在大量氣體,由於氣體的電離輻射而變得模糊。這些研究最近發表在《天體物理學雜誌》上。


宇宙為什麼是透明的?能量從何而來? Credit: NASA/CXC/M.Weiss

  氫的電離非常重要,因為它關乎星系的形成和演化。科學家特別感興趣的領域,是估算各類天體對電離輻射的貢獻,如恆星和黑洞。


  大部分研究表明,在宇宙演化的早期,黯淡的星系會產生足以讓氣體電離的輻射。此外,有研究認為,星系中逃逸出來的電離輻射量,取決於星系自身含有的氫原子量。


  Reddy研究組發展了一種理論模型,它通過星系光譜的「紅」或暗,直觀地測量星系發射電離輻射的數量。 此外,通過直接測量電離逃逸部分,這一模型還能用於估算宇宙大爆炸以來20億年間固有電離光子的產生速率。

  該模型的實際應用,對解釋宇宙「黑暗時代」的逃逸輻射至關重要。而未來將要建設的30米口徑望遠鏡將推動這一研究。美國國家航空航天局正在研製中的詹姆斯韋伯太空望遠鏡,是接替哈勃太空望遠鏡的下一代軌道天文台。利用詹姆斯韋伯太空望遠鏡,可以觀測到很多地面目前無法實現的天文現象。


  利用這項研究,可以回溯宇宙大爆炸發生後40萬年的情景,那時的宇宙剛剛進入了「黑暗時期」,星系和恆星還沒有從暗物質、氫和氦中誕生。


  幾億年後,宇宙進入「再電離時期」。氫和氦在暗物質的引力作用下,聚合形成了恆星與星系。大量紫外線(光子)放射出來,將周圍中性環境的電子剝離,這一過程稱為「宇宙再電離」。


  再電離的主要特徵,是宇宙中的氫原子發生了電離,這是目前天體物理研究的主流領域。電離使宇宙對光子而言變得完全透明,光源發出的光線可以在宇宙中幾乎暢通無阻地無限傳播。


  這一研究的科學數據源於W.M.Keck天文台的低分辨觀測圖譜。研究的合作者還有Charles Steidel (加州理工學院)) 、Max Pettini (劍橋大學)、Milan Bogosavljevic (貝爾格萊德天文台)、Alice Shapley (加州大學洛杉磯分校)。(譯文:顏磊

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