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标  题: [摘录]从哈伯HUDF研究宇宙早期再游离状况
发信站: 铭传□梦别境 (Fri Sep 24 22:10:46 2004)
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天文学家分析人类有史以来拍得最远的天区：哈伯极深天区（Hubble Ultra Deep
Field，HUDF）的影像後，确认一些宇宙最早有恒星正在形成的星系。天文界近十
几年来，为了这些最早星系中高温恒星的炽热辐射，是否会让大霹雳之後已经冷却
的原始氢气再度被加热而游离（reionized）的问题争议不已。哈伯的HUDF影像，
或许能为此争议提供一些解决的线索。

近十几年来的SDSS、WMAP等计画的观测证据趋向於宇宙早期（宇宙诞生後约5～10
亿年）曾经历「再游离期（reionization epoch）」，炽热恒星发出的强烈紫外辐
射，使得本已冷却的氢原子外围唯一的电子因吸收能量而脱离原子核的束缚，光线
才得以在宇宙中自由穿梭。不过，这麽久远的天体，亮度非常暗而难以观察，天文
学家很难找到够精确、数量够多的天体来研究并证实上述理论。利用哈伯太空望远
镜在太空中的独特地位进行长时间曝光观测後，HUDF所拍摄天区中的天体，年龄最
早者约为约距今95％宇宙年龄的时间以前（约宇宙诞生後10亿年左右）。

不同团队的天文学家在HUDF影像释出的第一天便利用不同的技术各自进行相关研究
，从影像中总共挑出54～108个可能是遥远星系的昏暗红色斑点（上图中绿色圆圈
圈起的部分），显示：宇宙诞生後约10亿年的时期，宇宙中到处充斥著矮星系（
dwarf galaxies），却少有像我们银河系一样发展成熟的大星系，之後才藉由星系
合并而制造出我们今日可见的大型星系。

然而，不同的团队，关於再游离时期的结论并不尽相同。

英国Andrew Bunker等人认为在HUDF中找到的这些矮星系，其紫外辐射应不足以造
成宇宙早期的再游离现象；如果再游离现象的确是正确的，那麽要不是宇宙早期的
恒星形成物理现象不同，要不就是还有更多的星系尚未被发现。

美国马里兰Massimo Stiavelli等人却认为如果宇宙早期星系中的重元素丰度很低
，而且星系中含有很多质量很大的恒星，那麽这些数量的矮星系天体已足以引起再
游离现象。

美国加州Haojing Yan和Rogier Windhorst发现HUDF影像中矮星系亮度愈暗、数量
增加速度很快，因此即使重元素丰度与现今相同，其紫外辐射总量仍足以引起再游
离现象。

美国亚利桑纳Rodger Thompson和Rychard Bouwens则结合其他观测资料分析估计红
移值（redshift）约为6的星系（相当於大霹雳之後9亿年）的亮暗星系相对数量，
结果显示这个时期的宇宙由暗星系主导，因此暗星系对再游离现象的发生应有重要
影响。他们同时在HUDF影像中找到位在宇宙诞生後约2亿年左右的星系（红移约为7
-8）。

至於美国太空望远镜科学中心Sangeeta Malhotra和James Rhoads则发现在红移＝5.9
时（约距今125亿年前）的星系密度，约为HUDF可发现遥远星系的其他时期星系密度
的4倍，星系的分布如同「薄片状」，显示宇宙中密度最大的地方应就是第一代星系
形成之处，而且毫无疑问地对再游离现象有影响，使得在宇宙早期的不同区域、再
游离速率也不同。

无论如何，对再游离是否存在的疑问愈来愈少。虽然已知第一代超级大质量恒星约
诞生於宇宙诞生後2亿年左右，不过大质量恒星的紫外辐射虽然使得宇宙变成透明，
但同时也得等到再游离现象逐渐缓和、氢原子气体逐渐冷却而集中後，才能让质量
比较小的普通恒星形成。HUDF影像虽然让许多天文学家能追溯到距今95％宇宙年龄
之前的时空，天文学家仍嫌不足，他们希望能掌握其馀宇宙最初的5％的时间内，
宇宙究竟有什麽样的过程正在进行，天文竞赛似乎永不会停歇。

参考资料来源：

http://hubblesite.org/newscenter/newsdesk/archive/releases/2004/28/text/

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