尋找第一縷星光

　　大爆炸後，宇宙中還沒有形成恆星、星系和生命，而是充滿了輻射和物質。大約在 40 萬年後，宇宙進入了所謂的”黑暗時期“。這個時期中的宇宙缺乏光亮，遍佈着中性的氫原子、氦原子，以及無法看見的暗物質。
　　多年來，天文學家一直渴望知道，照亮黑暗時期的<strong>第一批恆星</strong>和<strong>星系</strong>是何時以及如何形成的。
　　在一項新的研究中，天文學家對一個<strong>星系團</strong>的觀測表明，<strong>恆星的形成發生在大爆炸後的 3.7 億年</strong>。新的結果於 2020 年 1 月 1 日發表在《自然》雜誌上，爲宇宙中第一批恆星和星系的出現時間和地點提供了關鍵細節。
　　一個<strong>星系團</strong>是由成千上萬個星系組成的，這些星系會以大約每秒 1000 公里的速度相互環繞。除了可以看見的物質外，暗物質在星系團中也扮演着重要角色。早在上個世紀 30 年代時，天文學家就發現，星系團中應當包含着大量看不見的暗物質提供了額外的引力，否則星系團應該早就分崩離析了。天文學家會通過研究這些星系團來進行許多天體物理學中的實驗，例如測量宇宙的成分，檢驗廣義相對論和其他的引力理論，以及確定星系是如何形成的。
　　在新的研究中，爲了獲得星系團首次形成恆星的準確時間，研究人員藉助哈勃太空望遠鏡尋找他們所能找到的最遙遠的星系團，他們將目標鎖定在了其中一個星系團——<strong>XLSSC 122</strong>。與 XLSSC 122 相比，像<strong>後發星系團</strong>等離我們較近的星系團其實更容易被觀測，但我們無法精確地測得它們的年齡，因爲那些星系都非常古老。例如，我們很難區分一個 70 億年的星系和一個 130 億年的星系。
　　星系團 XLSSC 122 所發出的光在到達地球之前已經傳播了 104 億年，這意味着我們所看到的是星系團在大爆炸 33 億年之後的樣子。XLSSC 122 就好比是一扇窗，一扇能夠使我們窺視到早期宇宙面貌的窗。
　　研究人員發現，XLSSC 122 包含了幾個有着相似紅色的星系。星系的顏色透露了它們的年齡，那些偏藍的星系要比偏紅的星系更年輕。所以說，那些紅色的星系在很久以前就形成了恆星。通過將觀測到的星系團顏色與模型對比，他們分析出這些星系中的恆星在宇宙只有 3.7 億年時就開始出現了。
　　特別有趣的一點是，研究人員在這個星系團中發現了至少 19 個顏色相似的星系，這意味着它們有着相似的年齡。當恆星在這些星系中形成時，它們應該已經彼此遠離了，所以由此產生一個問題，那就是爲什麼這些星系會在幾乎同一時間開始產生恆星。它們是否受到了環境的影響？又或者說，是否是一個星系中的恆星形成以某種方式引發了連鎖反應，從而導致了恆星在附近氣體雲中形成？
　　研究人員還不清楚這些問題的答案。但從新的研究中，我們可以清楚地看到，這些遙遠的星系團充滿了宇宙中最古老的星系。
　　然而，需要注意的是，根據星系的顏色來確定年齡並不是一種特別精確的方法，它存在很大的不確定性。例如，如果一個年輕的星系中含有大量的塵埃，那麼它的顏色或許會與一個古老的但只含有少量塵埃的星系顏色相同。因此，儘管研究結果看起來非常有趣，但在<strong>詹姆斯·韋伯太空望遠鏡</strong>（JWST）升空之前，我們對於這樣的結果或許仍然應該保持謹慎的態度。
　　當 JWST 投入運行之後，它將測量這些星系發出的光譜。通過將光譜與模型進行比較所得出的結果，將比通過比較星系的顏色能更準確地確定恆星的年齡。這項新研究也表明，這些遙遠的星系團應當成爲 JWST 優先觀測的目標。