什么照亮了宇宙：科學家追蹤宇宙紫外光來源

據物理學家組織網站報道，美國加州大學洛杉磯分校的一項最新研究顯示我們或許即將揭開宇宙中紫外光的起源，從而幫助科學家們理解星系是如何誕生的。

有關這項研究的論文發表在近日出版的《天體物理學快報》上，作者是加州大學洛杉磯分校的宇宙學家安德魯·波岑（Andrew Pontzen）博士以及哈拉楊·佩里斯（Hiranya Peiris）博士，合作者中還有來自普林斯頓和巴塞羅那大學的研究人員。他們的這項研究證明，即將開展的新型巡天觀測將會最終揭開照亮宇宙之謎。

宇宙光亮之謎

這項研究的第一作者波岑博士問道：“在一個國家里，什么地方產生了最多的光亮？是這個國家最大的城市，還是那許許多多的小城鎮？”答案是后者——城市很明亮，但小城鎮的數量巨大。理解這其中隱藏的微妙平衡將有助于我們揭開宇宙的組織學奧秘——對于宇宙，我們提出了一個相似的問題：浸淫宇宙的紫外光，它們主要來自那些較為黯淡但數量眾多的星系，還是那些數量稀少但極其明亮的類星體？

類星體是宇宙中最為明亮的天體，它們巨大的亮度是由大量氣體塵埃物質被卷入其中央黑洞之前在吸積盤中高速盤旋下落時產生的。一個星系內部可以含有數千億顆恒星，但相比類星體，其亮度仍然要黯淡得多。了解那些數量眾多的小型星系，其亮度是否可以蓋過那些數量較少但極其明亮的類星體，對于理解宇宙如何形成今天的恒星與行星體格局具有重要意義。這同樣也將幫助科學家們更合理地校正今天我們對暗能量的觀測數據，暗能量被認為是造成宇宙加速膨脹的元兇，因而也決定著宇宙的未來命運。

此次這項研究中所采用的方法事實上此前便已經被天文學家們廣泛采用，在這種方法中，類星體被用作理解空間的“宇宙燈塔”。類星體巨大的亮度讓它們即便在極其遙遠的距離上也能被觀測到，實際上即便兩者相距可觀測宇宙直徑的95%，我們仍然可以觀測到類星體發出的光亮。研究組認為，這些光線從極其遙遠的距離抵達地球，如果對它們與沿途氫氣氣體之間的相互作用進行研究，或許可以揭開照亮宇宙的光線來源之謎，即便最后的結果發現這樣的源頭實際上并非類星體也同樣可以進行。

在宇宙中存在兩種類型的氫氣——一種當然就是普通的電中性的氫，而第二種則由于紫外線的照射而帶上了電荷。這兩種氫氣團之間的差異可以借助一種特別的光線波段予以識別，也就是所謂的“萊曼-α”波段，這一波段只會對中性氫發生吸收?？茖W家們可以借助這一萊曼-α吸收特征的手段來了解宇宙中中性氫的分布情況。

時間膠囊

由于所研究的類星體距離遠在數十億光年之外，它們本質上都是一顆顆的時間膠囊：對它們的光線進行觀察，將幫助我們了解宇宙在遙遠過去時的情景。這樣的觀測也將告訴我們在數十億年前，當宇宙正在大量產生星系之時，中性氫在宇宙中是如何分布的。

如果結果顯示中性氫氣體的分布是均勻的，那么這將說明大部分光線的來源是大量的星系，而如果這種均勻程度更低，則表明那些類星體將是這些光線的主要產生者。

在這些規劃中的方案中，有一項名為“暗能量分光設備”（DESI），按計劃它將對超過100萬個遙遠的類星體進行觀測。盡管這一項目的設計目的是想通過觀測遙遠的類星體來了解暗能量對宇宙膨脹的加速作用，但最近的研究表明這一項目也可以被用于測算光線傳播途中與周遭氣體云團之間的相互作用效應。同樣的，DESI得到的數據中分布的均勻程度也將揭示宇宙中光線的產生主要是來自“少數大城市”（類星體）還是“大量小城鎮”（星系）。

研究論文的合著者哈拉楊·佩里斯表示：“這件事令人驚訝——在星系逐漸形成今天模樣的過程中，究竟是什么發出的大量紫外輻射彌漫于宇宙？這項技術將讓我們在這一宇宙歷史的關鍵時刻掌握有關宇宙星系間環境的新的切入口?！?/p>

波岑博士表示：“這是一個好消息。DESI將為我們提供有關宇宙中早期星系的無價資料，那些星系太過遙遠也太過暗弱，我們永遠不可能直接對它們進行單獨的觀測。而一旦這些隱藏在數據中的信息被理解，研究組就能在分析時將其考慮進去，并且不會影響項目旨在研究暗能量本質的高精度宇宙膨脹率數據測量工作。這一案例展示了類似這樣大型的，雄心勃勃的項目將如何得到豐盛異常的數據地圖用于進行探索。我們現在正在嘗試了解，從這些數據中我們還將能夠挖掘出哪些珍貴的寶藏?！?/p>