宇宙为什么是透明的?

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实际上,宇宙是透明的。但是关于宇宙为什么是透明的,科学家们最近才找到一种解释。这项工作是首个关于星系气体物质如何衡量星际尘埃数量的定量研究。

科学家终于可以解释,为什么宇宙有足够的能量,使它变得透明。

加州大学河滨分校(Universityof California, Riverside)的一位助理教授及合作者发表了两篇论文,解释了为什么宇宙有足够的能量变得透明。该校物理与天文系助理教授Naveen Reddy领导了这项研究,成为第一个如何利用星系气体物质衡量星际尘埃数量的定量研究。

分析表明,星系中的气体像“尖桩篱笆”,有些区域几乎没有气体,是透明的;而有些区域存在大量气体,由于气体的电离辐射而变得模糊。这些研究最近发表在《天体物理学杂志》上。

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氢的电离非常重要,因为它关乎星系的形成和演化。科学家特别感兴趣的领域,是估算各类天体对电离辐射的贡献,如恒星和黑洞。

大部分研究表明,在宇宙演化的早期,黯淡的星系会产生足以让气体电离的辐射。此外,有研究认为,星系中逃逸出来的电离辐射量,取决于星系自身含有的氢原子量。

Reddy研究组发展了一种理论模型,它通过星系光谱的“红”或暗,直观地测量星系发射电离辐射的数量。 此外,通过直接测量电离逃逸部分,这一模型还能用于估算宇宙大爆炸以来20亿年间固有电离光子的产生速率。

该模型的实际应用,对解释宇宙“黑暗时代”的逃逸辐射至关重要。而未来将要建设的30米口径望远镜将推动这一研究。美国国家航空航天局正在研制中的詹姆斯韦伯太空望远镜,是接替哈勃太空望远镜的下一代轨道天文台。利用詹姆斯韦伯太空望远镜,可以观测到很多地面目前无法实现的天文现象。

利用这项研究,可以回溯宇宙大爆炸发生后40万年的情景,那时的宇宙刚刚进入了“黑暗时期”,星系和恒星还没有从暗物质、氢和氦中诞生。

几亿年后,宇宙进入“再电离时期”。氢和氦在暗物质的引力作用下,聚合形成了恒星与星系。大量紫外线(光子)放射出来,将周围中性环境的电子剥离,这一过程称为“宇宙再电离”。

再电离的主要特征,是宇宙中的氢原子发生了电离,这是目前天体物理研究的主流领域。电离使宇宙对光子而言变得完全透明,光源发出的光线可以在宇宙中几乎畅通无阻地无限传播。

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