詹姆斯・韋伯太空望遠鏡近期的觀測，揭示了早期宇宙一個難以解釋的現象：在大霹靂後僅 3.3 億年的星系，竟釋放出強烈的氫原子光譜訊號，挑戰了我們對宇宙「再遊離時期」的理解。
回顧宇宙歷史，在大霹靂（Big Bang）後的一億年內，宇宙中充滿了冰冷且不發光的中性氫霧，阻擋了光線的傳播。直到第一代恆星、星系或超大質量黑洞誕生，這些天體釋放出大量紫外線輻射，開始遊離周圍的中性氫原子，將電子與質子重新分離，使宇宙逐漸從「黑暗」走向「透明」。這段過渡時期被稱為「再遊離時期」（Reionization），持續了數億年，直到大霹靂後約十億年，宇宙中的大部分氫霧被遊離，宇宙恢復透明狀態。天文學家長期以來致力於理解這一時期所發生的各種天文物理現象。
然而，韋伯望遠鏡近期的觀測卻帶來了出乎意料的發現。一個名為 JADES-GS-z13-1 的星系，出現在大霹靂後僅 3.3 億年，竟清楚呈現明亮的氫原子發射譜線。按現有理論推測，該星系處於宇宙再遊離時期初期，當時的宇宙仍瀰漫著濃密的中性氫迷霧，應會吸收這些光譜訊號，然而這道訊號卻清晰可見，完全出乎預期。只有當周圍的中性氫大量被遊離，氫原子發射譜線才能無阻傳播至地球。JADES-GS-z13-1 的觀測結果顯示，該星系周圍的氫霧在宇宙年齡僅 3.3 億年時，已經出現大規模遊離，遠早於理論所預期。這就如同在濃霧瀰漫的夜晚，意外看見一座燈塔的光束穿透迷霧。
圖說：韋伯太空望遠鏡近紅外線相機的深度影像發現了極為遙遠的星系 JADES-GS-z13-1（右圖紅點），其紅移值為 13（Redshift (z) \= 13），相當於大霹靂後僅約 3.3 億年的宇宙時期。
Credits: NASA, ESA, CSA, Brant Robertson (UC Santa Cruz), Ben Johnson (CfA), Sandro Tacchella (Cambridge), Phill Cargile (CfA), Joris Witstok (Cambridge, University of Copenhagen), P. Jakobsen (University of Copenhagen), Alyssa Pagan (STScI), Mahdi Zamani (ESA/Webb), JADES Collaboration
至於這個星系的氫原子發射譜線來源，目前仍未有定論。研究團隊推測，這可能與宇宙中最早一代恆星有關，也不排除與早期形成的超大質量黑洞所驅動的活躍星系核有關。這項研究成果已發表於《自然》期刊（Witstok et al. 2025）。（編譯 / 段皓元）
資料來源：WEBB
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