大爆炸后，宇宙中還沒有形成恒星、星系和生命，而是充滿了輻射和物質(zhì)。大約在40萬年后，宇宙進(jìn)入了所謂的”黑暗時(shí)期“。這個(gè)時(shí)期中的宇宙缺乏光亮，遍布著中性的氫原子、氦原子，以及無法看見的暗物質(zhì)。

多年來，天文學(xué)家一直渴望知道，照亮黑暗時(shí)期的第一批恒星和星系是何時(shí)以及如何形成的。

○ 宇宙簡(jiǎn)史。在復(fù)合時(shí)期后，宇宙進(jìn)入了一片漆黑的黑暗時(shí)期（The Dark Age），直到第一束星光點(diǎn)亮宇宙。| 圖片來源：NAOJ

在一項(xiàng)新的研究中，天文學(xué)家對(duì)一個(gè)星系團(tuán)的觀測(cè)表明，恒星的形成發(fā)生在大爆炸后的3.7億年。新的結(jié)果于2020年1月1日發(fā)表在《自然》雜志上，為宇宙中第一批恒星和星系的出現(xiàn)時(shí)間和地點(diǎn)提供了關(guān)鍵細(xì)節(jié)。

一個(gè)星系團(tuán)是由成千上萬個(gè)星系組成的，這些星系會(huì)以大約每秒1000公里的速度相互環(huán)繞。除了可以看見的物質(zhì)外，暗物質(zhì)在星系團(tuán)中也扮演著重要角色。早在上個(gè)世紀(jì)30年代時(shí)，天文學(xué)家就發(fā)現(xiàn)，星系團(tuán)中應(yīng)當(dāng)包含著大量看不見的暗物質(zhì)提供了額外的引力，否則星系團(tuán)應(yīng)該早就分崩離析了。天文學(xué)家會(huì)通過研究這些星系團(tuán)來進(jìn)行許多天體物理學(xué)中的實(shí)驗(yàn)，例如測(cè)量宇宙的成分，檢驗(yàn)廣義相對(duì)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，為了獲得星系團(tuán)首次形成恒星的準(zhǔn)確時(shí)間，研究人員借助哈勃太空望遠(yuǎn)鏡尋找他們所能找到的最遙遠(yuǎn)的星系團(tuán)，他們將目標(biāo)鎖定在了其中一個(gè)星系團(tuán)——XLSSC 122。與XLSSC 122相比，像后發(fā)星系團(tuán)等離我們較近的星系團(tuán)其實(shí)更容易被觀測(cè)，但我們無法精確地測(cè)得它們的年齡，因?yàn)槟切┬窍刀挤浅?/span>古老。例如，我們很難區(qū)分一個(gè)70億年的星系和一個(gè)130億年的星系。

○ 后發(fā)星系團(tuán)。| 圖片來源：Russ Carroll et al. / Dan Zowada Memorial Observatory, Wayne State Univ.

星系團(tuán)XLSSC 122所發(fā)出的光在到達(dá)地球之前已經(jīng)傳播了104億年，這意味著我們所看到的是星系團(tuán)在大爆炸33億年之后的樣子。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(fā)現(xiàn)，XLSSC 122包含了幾個(gè)有著相似紅色的星系。星系的顏色透露了它們的年齡，那些偏藍(lán)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恒星。通過將觀測(cè)到的星系團(tuán)顏色與模型對(duì)比，他們分析出這些星系中的恒星在宇宙只有3.7億年時(shí)就開始出現(xiàn)了。

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