“宇宙黑暗时代”，听起来或许像是奇幻小说里的神秘章节，但在真实的宇宙演化历史中，这却是真实发生过的一个阶段。大家好，我是中国科学院国家天文台的苟利军。今天，我想与大家分享一个令人振奋的发现：根据《自然》杂志报道，韦布太空望远镜JWST最近探测到了迄今为止最早的再电离星系，这个星系诞生于宇宙大爆炸后的3.3亿年，刷新了我们对早期宇宙的认知。
那么，什么是“宇宙黑暗时代”，什么又是宇宙再电离呢？宇宙大爆炸发生后不久，最初的宇宙是高温且炽热的，充满着高速运动的带电粒子，这些粒子彼此作用，宇宙处于一个不透明的等离子状态。随着宇宙膨胀和冷却，这些粒子逐渐结合形成中性原子，宇宙首次变得透明，标志着宇宙进入了一个被称为“宇宙黑暗时代”的漫长阶段。在这个时代中，还没有恒星与星系的光芒照耀整个宇宙。
随着时间推移，宇宙中的物质逐渐聚集并坍缩，形成了第一批恒星和星系。这些最初的恒星和星系发出的紫外线辐射，使得中性氢原子重新被电离，宇宙再一次被照亮，这就是宇宙再电离时代。再电离标志着宇宙从黑暗走向明亮，这对于研究宇宙结构的起源和演化，理解我们现在所见到的宇宙状态，具有至关重要的意义。
韦布太空望远镜最新观测到的这一最早再电离星系，距今已有约134亿年的历史，这一发现极大地推动了我们对宇宙早期阶段的理解。但同时，也提出了一系列亟待解决的新问题。例如，这些早期星系究竟是如何在如此短暂的时间内快速形成并发出足够强烈的紫外线辐射，促使宇宙迅速再电离的？现有的宇宙模型对于恒星和星系的形成速度有一定限制，而韦布的观测结果则明显超出了此前理论预测的极限，这意味着我们可能需要重新审视星系形成理论，并探讨在早期宇宙环境中恒星形成和演化的特殊机制。
同时，这一发现还引出了另一个重要问题，即这些早期星系中的第一批恒星的质量、辐射强度和演化速度究竟是怎样的？我们知道，第一代恒星往往质量巨大，生命周期极短，但目前对于它们究竟如何形成以及如何快速影响周围环境仍不清楚。韦布的观测为我们提供了一个前所未有的窗口，使我们有望首次窥探这些神秘的宇宙最初发光体。
这一发现的重要意义还在于，它可能挑战了现有的宇宙学模型。根据标准宇宙学模型预测，宇宙再电离过程是逐步缓慢进行的，可能持续数亿年甚至更长的时间。但韦布发现的这个再电离星系却显示，这一过程在宇宙年龄仅3.3亿年时便已经开始并明显推进，这远比模型预计的要快。这意味着我们的标准模型可能需要进一步优化甚至重新构建，以解释这一意外而重要的观测结果。
此外，这个发现也提示我们早期宇宙可能存在一些目前未知的物理现象或过程，比如特殊的星系环境、高效的恒星形成或未被充分考虑的星系演化机制。这些新的观测结果，将激发科学家们探索更多的可能性。
总之，韦布太空望远镜观测到的这一最早再电离星系，为我们打开了通往宇宙过去的一扇新窗户，让我们得以一窥早期宇宙从黑暗走向光明的关键时刻。宇宙演化历史充满着未解之谜，每一个新的发现，都在推动人类认识宇宙的进程。让我们共同期待，未来天文学家们利用更强大的望远镜和更精密的技术，进一步揭示宇宙诞生初期的秘密，帮助我们更深入地理解我们所处的这个浩瀚而美丽的宇宙。
本文为科普中国·创作培育计划扶持作品
作者：苟利军 中国科学院国家天文台 研究员
审核：孙志斌 中国科学院国家空间科学中心 研究员
出品：中国科协科普部
监制：中国科学技术出版社有限公司、北京中科星河文化传媒有限公司
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