上海,大爆炸的第一道星光终结了黑暗时代的世界,哈利波特与魔法石

在大爆炸放出亮光后不久,一切的光散失了,国际堕入漆黑之中。 约10亿年后,国际重现光亮;地理学家正努力解开其间的隐秘。

要点概要

  • 国际的第一代恒星与星系彻底不像咱们今日所见的天体,地理学家妄图「回溯韶光」,研讨国际最早天体的来历。
  • 「再游离化」是指光游离了其时充满在国际里的中性氢,地理学家关于再游离化的原因特别感兴趣。
  • 观测数据与电脑模仿显现,具有上百万太阳质量的恒星或能喷出气体的巨大黑洞,或许是推进再游离化的天体。

大约138亿年前,或更具体地说是在大爆炸后约40万年,国际忽然堕入无尽的漆黑之中。 在那一刻之前,整个国际是一团高温、炙热而翻腾不止的电浆包含质子、中子与电子的细密气体云。 假设有人能在其时调查整个国际,会发现它看来就像一团灿烂夺目的浓雾。

大爆炸后38万年,国际阅历了难以想像的亮堂,胀大中的国际持续降温、浓雾散失,直到足以构成氢原子,这个工作称为再复合(recombination)。 随后万物遁入漆黑之中,国际进入了地理学家所谓的漆黑时代。

那是当之无愧的漫绵长夜。 即便第一代恒星开端发光,它们最耀眼的光其波长全都落上海,大爆炸的第一道星光终结了漆黑时代的国际,哈利波特与魔法石在光谱的紫外线波段,那正是刚构成的氢气最容我国人寿官网易吸收的光。 国际用它开端高温、绚烂的浓雾,换来上海,大爆炸的第一道星光终结了漆黑时代的国际,哈利波特与魔法石一片凄冷的黑雾。

这片黑雾终究消褪了,可是终究为何消褪,却是个长时间困扰地理学家的问题。 这或许是由第一代恒星完结,由于在一个称为「再游离化」(reionization)的进程中,恒星宣布的激烈光线缓慢但持续地击破氢原子。 此外,再游离化所需的能量,也或许来自高温气体坠入巨大黑洞时发作的辐射。

毫无疑问地,要明晰再游离化何时与怎么发作的要害,便是找寻国际中最陈旧的天体,并梳理出它们的来历与实质。 第一代恒星何时开端发光? 它们的样貌为何? 单个恒星是怎么靠拢组成星系,并且几乎在每个星系的中心区域都可发现超大质量黑洞,那些星系又是怎么构成黑洞? 再游离化终究是在恒星到星系、再到黑洞进程之间的哪个时间发作? 而这个进程是逐渐或瞬间达到?

自1960年代起,地理物理学家便开端考虑这类问题。 但直到最近,地理望远镜与电脑模型的功用大增,才足以供给部份回答:后者模仿国际第一代崔雪莉ktv相片工作恒星的呈现与演化,而前者则收集大爆炸后五亿年内的微穆少秋弱星光依据,那个时段正是第一代星系的襁褓期。

点着巨星

大约10多年前,地理学家信任他们已充份了解第一代恒星的来历。 再复合完毕后,充满在国际中的氢原子随即均匀散阳光藏汉翻译布至广阔的空间中。 另一方面,暗物质早已开端会聚,构成均匀质量介于10万~100万太阳质量之间的结构,称为「晕」。 这些晕的重力会吸入氢原子。 当气体越来越会集,温度也越来越高,终究化南京市为一团烈焰灿烂的火球,就构成了国际第一代恒星。

原则上,这些地理学家称为第三族恒星(PopulationII文hI star)的第一代恒星,应该能破除氢气的遮盖而使国际再游离化,但这其实取决于这些恒星的实质。 假设它们不行亮堂或活得不行久,就无法顺畅达到这个过紫薯布丁是什么意思程。

这些恒星的实质与体型休戚相关。 10多年前,地理学家普遍认为它们都是体型巨大的恒星,每颗恒星的质量约是太阳的100倍以上(拜见42页〈国际的年青巨星〉)。 这是由于当一团气体云遭到重力而塌缩时,温度会升高,高温发作的辐射压力能反抗重力;除非恒星能排出这些热能,不然将会严峻阻止气体云的做了爱塌缩。

第一代恒星主要由氢构成,这种元素的散热才干相当差。 (像咱们太阳这种恒星,具有比如氧与碳这类微量但极重要的元素,可协助它们冷却。)成果使得前期国际中的原恒星会持续累积氢气,但恒星内部的高压阻遏它构成细密中心,以至于无上海,大爆炸的第一道星光终结了漆黑时代的国际,哈利波特与魔法石法发动核交融反响,来把周遭的气体送回太空。 所以恒星便持续吞食越来越多的气体,一路顺风直到建构出一个松懈的大质量中心停止。 针惜打针

2014年在美国哈佛大学担任博士后研讨员的葛瑞福(Thomas Greif)表玉兰示:「但现在看起来,工作有些杂乱。」这些最新的电脑模型不只包含重力,也包含了一套方程式,可用来描绘气体塌缩时不断增压的氢气所发作的效应。 模仿成果显现,塌缩的氢气云可构成许多不同成果:在某些情况下,可构成上百万太阳质量的第一代恒星;在其他情况下,则碎裂成许多只具有数十太阳质量的恒星。

这些巨大体型的差异意味第一代恒星的寿数长短规模相对大,因而也影响了再游离化立普妥的发作机遇。 具有100太阳质量以上的巨大燃情此生恒星,是地理学上放浪形骸的摇滚巨星:它们的生活节奏快速而寿数时间短。 较小的恒星耗费核燃料的速率较慢,假如恒星真的是构成再游离化的原因,代表整个进程将十分绵长、连续好几亿年。

黑洞之光

不管这些恒星的体型多大,它们在塌缩成黑洞前,都会化为超新星、壮烈完毕生上海,大爆炸的第一道星光终结了漆黑时代的国际,哈利波特与魔法石命。 而这些黑洞或许比其前身恒星,更适合推进再游离化的构成。

黑洞贪婪地吞食周遭的气体,当气体坠入时,会遭到强力揉捏而使温度陡然升高到好几百万度。 尽管这些炙热无比的气体终究大多坠入黑洞而消失,上海,大爆炸的第一道星光终结了漆黑时代的国际,哈利波特与魔法石但有些会以喷流型态回来太空。 这些喷流极为亮堂,即便相隔半个国际都还能看见它们宣布的光,咱们把这些灯塔般的天体称为类星体(qua宿世的期盼春暖花开sar)。

1960~1990年代,类星体是仅有可用来探究前期国际的东西。 起先,地理学家关于这种天体毫无条理。 类星体就像是邻近的一颗恒星,但具有巨大的红移它们宣布的光因国际胀大而变红。 那令人形象深入的红移显现,类星体比任何恒星与咱们之间的间隔悠远许多,也比那些恒星亮堂许多。 地理学家找到的第一个类星体是3C 273,它的红移是0.16,中年熊通过换算,显现它的光从20亿年前便已动身游览了。

普林斯顿大学的地理物理学家史特劳斯(MichaelA. Strauss)说:「没隔多久,人们很快便发现了红移2的类星体。」显现它的光已游览长达100亿年以上。 1991年,施密特(Maarten Schmidt)、甘恩(James E.Gunn)与史奈德(Donald P. Schneider)在美国加州帕洛玛地理台协作,发现了一颗红移4.9的类星体,这可追溯至125亿年前,嫡女风华或大爆炸后约10亿年。

不过在剖析这颗红移4.9的类星体数据后,却没发现任何依据显现中性氢吸收掉它的光。 明显国际在这个类星体的光抵达地球之前,便已彻底再游离化。

整个1990年代期间上海,大爆炸的第一道星光终结了漆黑时代的国际,哈利波特与魔法石,未曾有人成功发现更悠远的类星体,这并非是短缺威力强壮的观测东西所造成的。 早在1990年代前期,哈伯太空望远镜(Hubble SpaceTelescope)与位在夏威夷茂纳开亚火山上的凯克望远镜(Keck telescope)便已开端运作,明显提升了地理学家探究太空的才干。 反而是由于类星体实在太稀有了,它只会由最重的超大质量黑洞迸发构成。 上海,大爆炸的第一道星光终结了漆黑时代的国际,哈利波特与魔法石并且从咱们的方位看来,除非它的喷流刚好直接正对着咱们,不然底子看不到它耀眼的光。

此外,只有当黑洞活泼、可吞食气体时,这些喷流才干存在。 对大多数穿透房顶的highkick黑洞而言,这类活动的高峰期发作在红移2床上相片~3,这个时期的星系均匀而言具有比今日更多的气体。 假如观测超越这个间隔,类星体的数量将敏捷下降。

直到2000年时,史隆数位巡天计画(SDSS)使用其时所能建造出最大的数位侦测器,有条吕芷萱不紊地搜索一大片天空,才打破这项纪录。 加州理工学院的地理学家艾里斯(Richard Ellis)表明:「SDSS十分成功地找到许多类星体,红移超越5.5就有40或50颗类星体。」

​撰文/雷蒙尼克(Michael D. Lemonick)

翻译/李沃龙

上述信息转自科学人杂志