對我們的宇宙而言，第一批恆星的“醒來”是一個重要時刻，但在科學家看來，這個時刻也異常難以捉摸。在一項新的研究中，一組天文學家發現了一些迄今為止所見過的最古老的星系。根據研究人員的說法，當宇宙只有6.8億年的時候，這些天體就已經完全形成了。

研究人員還發現了證據，表明這些星系當時向周圍釋放了大量的紫外線輻射。

那次輻射釋放形成了巨大的氣泡，中性氣體在氣泡中被激發和電離，為天文學家提供了第一張直接描繪宇宙中一個重要轉變時期的圖像。

黎明之前

很久以前，宇宙中還沒有恆星閃耀。在宇宙形成初期，一切物質都很均勻，從一個地方到另一個地方的平均密度都差不多。這種均勻、中性的宇宙，與宇宙誕生的最初階段相比有很大的不同。在更早時期，比如大爆炸後的最初幾十萬年，我們的宇宙是如此的炙熱和稠密，以至於呈現為等離子體狀態；不斷的緊密碰撞也使原子裂解成電子和原子核。

然而，當宇宙成長到38萬年時，所有的混亂都結束了。那時，物質足夠分散，溫度足夠低，使電子可以與原子核結合，形成最初的氫原子和氦原子。這一事件的發生釋放了大量的輻射，一直延續到了今天，並且備受關注，這就是宇宙微波背景輻射。

數百萬年以來，宇宙一直保持著這種平靜、中性的狀態。但隨著宇宙的膨脹和冷卻，微小的“種子”開始形成，一些氣體的密度由於某種偶然原因而比周圍的環境稍微大一些。這種微小的密度增強使它們具有了微小的引力邊緣，將周圍的物質吸引過來。隨著氣體團的增長，它們有了更大的引力影響，可以吸收更多的物質。在漫長的歲月中，第一批恆星和星係就在寂靜、黑暗、中性的宇宙中一點一點地成長。

宇宙的“甦醒”

我們不知道第一批恆星在什麼時候形成，但可以確定的是，它們是以一種巨大而奇妙的方式形成的。隨著它們的形成，宇宙也不再中性，而是發生了電離。

我們每天接觸的大部分物質都是由完整的原子構成的，而所有的原子核都被電子殼層包圍著。化學反應就如同美妙而復雜的舞蹈，不同原子的電子殼層在其中快速地旋轉並相互結合。但實際上，這種情況在宇宙中並不常見。到目前為止，宇宙中絕大多數物質都是等離子體，就和很久很久以前一樣，電子和原子核自由地獨立存在。太陽是等離子體，其他恆星也是等離子體；星雲由等離子體組成，而恆星和星雲之間的所有物質？也是等離子體。

當宇宙成長到38萬年時，從等離子體變成了中性氣體。今天，在130億年之後，大部分的宇宙又變成了等離子體。一定是有什麼原因將大部分宇宙中的原子分裂了。考慮到我們已經對等離子體宇宙進行了盡可能的觀察，追溯到了最早出現在宇宙舞台上的一些恆星和星系，因此無論這種“再電離”的原因是什麼，這一過程肯定在很早以前就發生了。

天文學家認為，第一代恆星（以及它們作為超新星爆發並死亡的過程）釋放出的極端紫外輻射使宇宙重新變成了等離子體。但令人沮喪的是，我們不知道這一變化發生的確切時間。即使是目前最強大的望遠鏡，以及最深入的勘測技術，也沒有能力回望那麼久遠的宇宙。我們可以清楚地看到宇宙微波背景輻射，也可以清楚地看到今天的宇宙，但中間部分直到現在仍是一個未解之謎。

我們不知道第一批恆星何時出現——天文學家將該事件稱為“宇宙黎明”——我們也不知道隨後的“再電離時代”何時開始。

等離子體泡

這種情況已經開始改變。天文學家正在尋找更加古老的星系，對它們周圍的氣體進行研究，試圖了解宇宙成長和演化中這個重要的時期。最近，一個國際研究小組發現了三個星系，它們極其微弱，也小得令人難以置信，並且距離我們異常遙遠。

當我們的宇宙只有6.8億年的時候，這些小星系已經完全形成並開始運作了。這並不奇怪，因為此前也發現過同樣古老的星系。但在這項研究中，研究人員獲得了一個新發現：通過檢測這三個星系附近環境所發出的輻射，他們發現這些星系已經開始向它們的周圍吹出電離的等離子體泡。

換句話說，從這些星系中釋放的輻射已經開始改變周圍的宇宙。這是第一個表明再電離時期仍在繼續的明確跡象。儘管天文學家推測宇宙在十億年時已經完成了再電離，但沒有人想到這一過程會發生得如此之早。

這些星係是即將發射（預計在2021年3月30日）的詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的絕佳目標，該望遠鏡正是為研究宇宙歷史的這一時期而專門設計的。如果研究結果成立，並且未來能發現更多再電離的例子，那我們或許最終能夠從宇宙最古老、劇烈的歷史中理解這一轉變時期。關於該研究的詳細內容已於1月7日發表在預印本論文網站arXiv.org上。