奇妙的“瑞士奶酪星系”

文 胡德良译

奇妙的“瑞士奶酪星系”

文 胡德良译

天文学家们最近发现了一个位于29亿光年之外的星系，类似于宇宙诞生后不久出现的改变了整个宇宙的那些星系。大爆炸发生几亿年之后，类似的星系如何使遍布于星际空间的氢原子发生分裂？该发现或许有助于科学家们加深对这个问题的理解。

宇宙一诞生就是炽热的，开始时是电子、带正电的质子和氦核的混合体。但是，随着宇宙的膨胀，自身温度也大幅度降低，结果在大爆炸发生大约38万年后，电子和质子结成对，产生了中性的氢原子。所有自由飘浮的氢都会吸收最早期恒星散发的极端紫外线。后来，倍增的恒星和星系发出的极端紫外线将电子和质子剥离，使氢气发生“再电离”。然而，“再电离”究竟如何实现，没有人知道。

研究发现，只有波长短于912埃（91.2纳米）的极端紫外线光子，才会携带足够的能量将氢原子撕裂。对于当今的典型星系来说，尘埃阻断了绝大部分极端紫外线，中性的氢气吸收其余极端紫外线的99%，使余下的1%逃逸出来，但这不足以使宇宙发生再电离。

马里兰州巴尔的摩市约翰霍普金斯大学天文学家Sanchayeeta Borthakur及同事利用哈勃太空望远镜观察到一个非同寻常的星系SDSS J0921+4509，该星系位于大熊座，正在散发出大量的极端紫外线。天文学家通过对比这个星系散发的辐射波长有多少在912埃之上、有多少在912埃之下，发现该星系极端紫外线的逃逸率为21%。

“逃逸率太高了！”加州大学河滨分校天文学家Brian Siana说，“早期宇宙中所有星系释放的极端紫外线必须达到一定的量，才能电离星系际介质中的氢气。我们认为，该逃逸率大约相当于再电离时期所释放的极端紫外线部分。”

星系SDSS J0921+4509释放出大量极端紫外线的秘密是什么？Borthakur说：“秘密在于‘瑞士奶酪’结构。”该星系是一个星爆星系，其中包含一个直径不到1000光年的致密区，这个区域诞生了大量的炽热恒星，这些恒星的光和“风”形成一种强化型的恒星风，将中性的氢气团击穿，使其呈现出“瑞士奶酪”结构。“极端紫外线的光子通过击穿的洞孔逃逸出来。”

瑞士奶酪结构模型

该发现表明：在使宇宙发生再电离的星系中，尽管多数星系较小，也是星爆星系。然而跟这个星系相比，早期星系有一个优势——当时几乎没有阻碍光线的尘埃，因为尘埃由恒星制造的重元素构成，而在很早的时期几乎还没有恒星出现。