宇宙第一缕光不是“啪”一下全亮。更像黑屋里有人先划火柴,照亮一小片,再连成片。JWST这次,可能抓到了一根火柴刚划着的瞬间。
z≈10.5,宇宙年龄约4.5亿年,大爆炸后不到5亿年。那时宇宙泡在中性氢浓雾里,一片黑暗。
这个区域塞了18个星系,形成共动尺度上的紧凑群体。数密度是同期场平均值的4倍。它们占掉该天区可比亮度星系的三分之一,贡献接近一半恒星形成率。
它们不是孤零零待着。很多有近距离伴星系和子结构,相互作用比普通场星系频繁。但恒星质量和恒星形成率只是“略高于”场星系,没有炸裂式爆发。
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这次在z≈10.5探测到了,而且分布不均:中心强,边缘弱。
如果解释成立,这是目前已知最早的、由星系过密度产生的电离泡。
再电离是宇宙演化最关键的相变之一。之前宇宙雾蒙蒙,光子走不远;之后宇宙透明,光自由传播。我们今天看到的遥远星系和CMB,都依赖这次透明化。主流观点认为,点燃再电离的是第一代恒星和星系。但谁在何时、多大尺度上把雾吹开,一直不清楚。
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JWST此前已发现早期宇宙有比预期更亮、更成熟的星系。这次更进一步:不只是“有星系”,而是“星系扎堆在吹泡泡”。
中国这边,再电离是重点方向。FAST天眼能在射电波段参与中性氢分布研究,但再电离时期的21厘米信号红移到米波段,主要靠低频射电阵列。新疆的21CMA和“天籁”实验就在做这个频段。未来SKA-low会是主力。中国空间站巡天望远镜CSST预计2027年前后发射,对高红移星系的巡天能力,可能给这类过密度和电离泡研究提供新样本。
18个星系、4倍密度、6 cMpc的泡、空间变化的莱曼阿尔法——这些数字拼出一个画面:宇宙第一批“城市”正在形成,它们的光把周围的雾吹开一个洞。我们看到的,可能就是再电离刚开始的样子。
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