這種「化石」純氫氣雲是宇宙大爆炸的時間膠囊？

科學家們預計在宇宙黑暗的溝渠中會遇到許多奇怪的東西：暗物質颶風、尖叫的星雲和吞噬彼此的食人星系，這些在我們這個奇異的宇宙中都是司空見慣的。然而，有一件事是天文愛好者通常不希望看到的，那就是未開發的「房地產」。最近，在夏威夷休眠火山莫納克亞(Mauna Kea volcano)的凱克天文台(W.M. Keck Observatory)工作的天文學家們第三次認為，他們找到了一個巨大的星際氣體雲，在宇宙數十億年的演化過程中，這個氣體雲似乎一直沒有受到影響。根據即將發表在《皇家天文學會月刊》上的一項研究，這片名為LLS1723的雲團沒有發現任何比氫更重元素的可見蹤跡。氫是已知最輕的元素，據信是宇宙大爆炸後不久就存在的第一種元素。

博科園-科學科普：該研究的主要作者、澳大利亞斯溫伯恩理工大學的博士生弗雷德·羅伯特在一份聲明中說：放眼望去，宇宙中的氣體都被爆炸恆星產生的重元素所污染。但這片特殊的雲似乎是原始的，即使在大爆炸15億年之後也沒有受到恆星污染。宇宙最初的恆星是由氫和氦單獨形成，元素周期表上的其他元素都來自恆星內部的聚變反應，當這些恆星以超新星的形式爆炸時，它們就會分散到太空中。為什麼宇宙中幾乎所有其他地方的重元素都能釋放出單一氣體雲，這仍然是個謎。但對於羅伯特和他的同事來說，「最令人信服」的解釋是，這片雲是宇宙最早的幾分鐘是一個罕見的時間膠囊，保存於遠古的氫和氦原子形成宇宙第一顆恆星之前，以及之後我們今天所知道的元素周期表中的其他元素之前

尋找最空曠的地方

這個團隊的發現標誌著宇宙氣體的第三個雲被認為是完全沒有被恆星物質污染(也就是說，每一種比氦重的元素)。2011年天文學家Michele Fumagalli及其同事利用凱克天文台(Keck Observatory)的山頂望遠鏡，發現了其中的前兩個氣體之謎。根據該團隊隨後發表在2011年《科學》(Science)上的論文，這兩朵雲可能是金屬在星際空間流動的奇怪而不一致方式的結果，而且「可能只是冰山一角」，只不過是星系之間更大數量未污染空間的冰山一角。羅伯特和他的同事們對這些發現很感興趣，並很快開始了一項有系統地探測宇宙中更多原始氫雲跡象的任務。利用凱克天文台光學望遠鏡(世界上最強大的光學望遠鏡之一)

在這個星系形成模擬中，藍色氣體圍繞橙色星系旋轉。藍色的線條中隱藏著原始氫氣，沒有數十億年恆星爆炸釋放出重元素的污染。夏威夷凱克天文台(W.M. Keck Observatory)的科學家們可能剛剛發現了這些宇宙大爆炸氣態「化石」之一。圖片：TNG Collaboration

研究小組瞄準了類星體——當塵埃和氣體粒子以接近光速被吸入超大質量黑洞時形成的明亮物體。這個團隊挑選了10個已知的類星體，這些類星體之前被證明隱藏在低金屬塵雲後面，就像福馬加里和他的同事在2011年發現的那些。利用這些類星體作為宇宙背景光來照亮它們前面的氣體陰影，研究人員研究了通過每個目標雲發出的光的精確波長。他們發現只有一片雲(LLS1723)除了氫之外沒有任何元素的明顯蹤跡。很明顯，像LLS1723這樣的無金屬雲可能是完全原始的、星系間的氣體——早期宇宙殘存的遺迹，從未……被恆星碎片污染過。

這個團隊的成功提供了進一步證據，證明宇宙中可能充滿了與宇宙最初時刻相呼應的無金屬空間——而現在，未來的研究人員已經有了一個經過驗證的系統來搜尋和識別它們。這樣的搜索可能是值得的，根據Robert和同事們的研究，像LLS1723這樣的雲是如何在沒有重金屬污染的環境下存活如此之久，這是一個需要進一步研究其附近宇宙鄰居的問題。發現和研究其他純氫空間也可能揭示宇宙最初恆星是如何從無金屬環境中形成的新信息。矛盾的是，這是一個科學家只能通過發現大量的虛無來完成的故事。

博科園-科學科普｜文：Brandon Specktor/Live Science

參考期刊文獻:《皇家天文學會月刊》,《科學》

DOI：10.1126/science.1213581

Cite：arxiv.org/pdf/1812.05098

博科園-傳遞宇宙科學之

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