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中科大等发现宇宙黑暗时代星系样本
2017-07-17 中国科学报

  中国科技大学教授王俊贤和中科院上海天文台研究员郑振亚及其合作者在宇宙再电离研究领域获突破性进展,他们观测获得了一个宇宙早期(大爆炸后约8亿年)的星系样本,并由此发现在该宇宙年龄处,宇宙星系际弥散介质中氢的电离比例约为50%。相关研究成果日前发表于《天体物理学快报》。

  宇宙大爆炸之后约30万年,宇宙中没有恒星、没有星系,充满了中性氢。这段整个宇宙的整体相变过程被称之为再电离,但如何确定再电离的细致过程以及第一代星系何时形成依然是天体物理前沿一个极具挑战性的问题。

  “宇宙再电离时期的莱曼阿尔法星系”(LAGER),是中国科技大学王俊贤发起组织的一个由中国、美国、智利三国天文学家参加的研究项目,郑振亚是该项目的共同组织者。据介绍,该项目使用智利CTIO天文台4米口径望远镜上的超大视场暗能量相机,通过专门定制的窄带滤波片,系统搜寻宇宙黑暗时代莱曼阿尔法发射线星系 (红移~7.0)。

  论文第一作者郑振亚解释说,宇宙年龄8亿年处是宇宙再电离研究的最前沿,由于观测上的挑战,国际上对红移7.0及更遥远的莱曼阿尔法星系的类似搜寻工作,在过去10年间进展十分缓慢。LAGER在第一个目标天区(计划4个)即探测到了宇宙年龄在8亿年处的23例莱曼阿尔法发射线星系。这批样本也是该红移处最大的星系样本。分析发现,莱曼阿尔法星系的数目在宇宙年龄10亿年处(红移5.7)约为宇宙年龄8亿年处的4倍。这表明宇宙再电离的过程始于更早期,在宇宙年龄8亿年处仍然未完成,大概处于一半电离一半电中性的状态,并且是非均匀的。宇宙年龄8亿年处星系数目的降低来自于中性氢对星系莱曼阿尔法发射线辐射的抑制。这意味着,宇宙在它当前年龄不到6%处,这场大雾(宇宙整体的中性氢环境)已经开始消散(50%电离)。

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