宇宙到底是何时“苏醒”的？

对我们的宇宙来说，第一颗恒星发出光的时候，是一个重大的时刻，但科学家却难以寻找这一时刻。

遥远古老的星系可以帮助科学家理解早期等离子态的宇宙。图源：NASA戈达德太空飞行中心

然而在新的研究中，一个天文学家团队发现了已知的最古老的星系。根据天文学家的说法，这些星系在宇宙只有6.8亿岁的时候就已经形成了。而且天文学家们还找到了证据，证明这些星系向它们周围发出了大量的紫外辐射。

这些紫外辐射形成了巨大的气泡，提升了中性气体的能量并使其电离，给了天文学家第一个关于宇宙重要的转换时期(再电离时期)的直观图像。

黎明之前

在很久之前，宇宙中没有一颗发光的恒星。宇宙在早期是十分均匀的：各处相同的平均密度，是一个有些无趣的世界。那时候的宇宙也是电中性的，不像宇宙刚诞生时那样。在更早的时候（均匀中性宇宙之前），在大爆炸后的几十万年内，我们的宇宙温度很高密度很大，呈等离子态，频繁的碰撞使电子和原子核（此时多为质子）不能形成原子。

但当宇宙年龄达到38万年的时候，这种状态终止了。因为宇宙膨胀的很快，温度也降低了很多，使得电子和原子核能够结合在一起形成了氢和氦。因此，光子不再被电子散射，能够大量的自由地向外传播，这也就是我们今天熟知的微波背景辐射（CMB）。

之后的百万年中，宇宙都保持这个中性的状态。但随着宇宙膨胀和冷却，微小的结构开始生长。气体在某些地方随机性地比其他地方密度更高，这一点点稍高的密度就使它们有更高的引力，把它们周围的物质吸引过来，使此处的密度更高。因为密度更高，引力作用就更大，能吸引更多的物质聚集过来，以此类推。逐渐地，很久之后，第一颗恒星和星系在黑暗的中性宇宙中成长起来。

宇宙黎明

我们不知道第一批恒星具体的形成时间，但我们知道，这是一个重大的时刻，因为当它们形成的时候，它们又把宇宙电离了。

你现在每天接触到的大部分东西都是由完整原子组成的，所有原子核都是毫无例外地被电子壳层包围，然后在优美复杂的化学作用下形成各种物质。但这种状态在宇宙中就不那么常见了，到目前为止，宇宙中大部分质量都处在等离子态中，就像很久以前那样，电子和原子核是分开的。比如，太阳和其他恒星都是等离子态，星云也是等离子态，恒星和星云之间的物质也是等离子态。

宇宙诞生38万年的时候，从等离子态过渡到中性状态。130多亿年后的现在，它的大部分物质又处在等离子态中，这中间一定发生了什么，一定有一些事使宇宙中的原子再次被电离了。考虑到这一点，我们从能看到的最古老的等离子态，观测到第一批恒星和星系出现在宇宙舞台上，无论是什么造成了这种“再电离”，它一定很早就发生了。

天文学家认为是第一代恒星（以及它们死亡时的超新星爆发）的极高能紫外辐射再次电离了宇宙，使它变为等离子态。但可惜的是，我们不知道这具体是什么时候发生的，即使是我们最强大的望远镜和最深空的巡天，都暂时还没有能看到这么遥远的能力。我们能清楚地看到极早期产生的宇宙微波背景辐射，能清楚地看到宇宙现在的样子，但在这两个时期之间的时间段，依然没有足够的观测。

我们不知道第一批恒星何时形成（天文学家称之为宇宙黎明），也不知道“再电离时期”具体是什么时候开始的。

膨胀的气泡

这种情况现在马上要改变了，通过对气体以及它们周围的观测，人们能够开始寻找更早期星系，对宇宙成长和演化的这个重要的时期更加深入地了解。最近，一个国际研究小组找到了三个极暗极小的星系，离我们难以置信地远。

这些小星系在宇宙只有6.8亿年的时候就已经完全形成了。这不是特别令人惊讶，我们之前也发现过同样古老的星系，但在这个研究中，研究者们加了点新料：通过观测这三个星系周围发出的辐射，他们发现这三个星系已经开始向周围喷射等离子态的气泡了。