星系合并解决了早期宇宙之谜

这解决了天文学中最令人费解的谜团之一——为什么天文学家检测到氢原子发出的光，而这些光本应被大爆炸后形成的原始气体完全阻挡。

这些新的观测发现了星系周围的小而微弱的物体，这些物体显示出“无法解释的”氢排放。结合对早期宇宙星系的最先进的模拟，观测结果表明这些邻近星系的混沌合并是氢排放的来源。研究结果发表在《自然天文学》杂志上。

光以有限的速度传播(每秒30万公里)，这意味着星系距离越远，其发出的光到达太阳系所需的时间就越长。因此，对最遥远星系的观测不仅可以探测宇宙的遥远范围，而且还使我们能够研究宇宙的过去。

为了研究早期宇宙，天文学家需要极其强大的望远镜，能够观测非常遥远(因此非常微弱)的星系。韦伯的关键能力之一是观察这些星系并探索宇宙早期历史的能力。

最早的星系是充满活力和活跃的恒星形成的地方，并且是氢原子发射的一种称为莱曼-α发射的光的丰富来源。然而，在再电离时期，大量的中性氢气包围了这些恒星托儿所。

此外，星系之间的空间比现在充满了更多的中性气体。这种气体可以有效地吸收和散射这种氢排放，因此天文学家很早就预测，早期宇宙中释放的大量莱曼-α排放在今天应该是观测不到的。

然而，这一理论并不总是经得起检验，因为天文学家之前已经观察到早期氢排放的例子。这就提出了一个谜团：这种早就应该被吸收或散射的氢排放是如何被观察到的?

主要作者卡勒姆·维滕(CallumWitten)表示：“之前的观测结果中最令人费解的问题之一是在极早期宇宙中检测到来自氢原子的光，这些光应该被大爆炸后形成的原始中性气体完全阻挡。”来自剑桥天文学研究所。“之前已经提出了许多假设来解释这种‘无法解释’的排放的大逃逸。”

该团队的突破归功于韦伯将角分辨率和灵敏度结合起来。使用韦伯近红外相机仪器进行的观测能够分辨出围绕着明亮星系的更小、更暗的星系，这些星系中检测到了“无法解释的”氢排放。换句话说，这些星系的周围似乎比我们之前想象的要繁忙得多，充满了小而微弱的星系。

这些较小的星系彼此相互作用并合并，韦伯揭示了星系合并在解释最早星系的神秘发射方面发挥着重要作用。

“哈勃只看到了一个大星系，而韦伯看到了一群较小的相互作用星系，这一发现对我们对一些第一批星系意外氢排放的理解产生了巨大影响，”合著者塞尔吉奥·马丁说。来自斯坦福大学的阿尔瓦雷斯。

然后，该团队使用计算机模拟来探索可能解释其结果的物理过程。他们发现，通过星系合并，恒星质量的快速积累既推动了强烈的氢排放，又促进了辐射通过清除了丰富的中性气体的通道逃逸。

因此，以前未观测到的较小星系的高合并率为解决“无法解释的”早期氢排放这一长期难题提供了令人信服的解决方案。

该团队正在计划对处于合并各个阶段的星系进行后续观测，以继续加深对氢排放如何从这些变化的系统中喷射出来的理解。最终，这将使他们能够提高我们对星系演化的理解。

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