这项发表在皇家天文学会月刊上的研究为宇宙历史之谜增添了另一块。

艺术家绘制的 ULAS J1120+0641 中的吸积盘，这是一个非常遥远的类星体，由一个质量是太阳 20 亿倍的超大质量黑洞提供动力。图片来源：ESO/M。科恩梅瑟

ASTRO 3D 的 Rebecca Davies 博士说：“我们发现大约 130 亿年前，温暖气体中的碳含量迅速增加，这可能与被称为再电离时代的现象相关的大规模气体加热有关。”澳大利亚斯威本科技大学博士后研究员，描述该发现的论文的主要作者。

 

该研究表明，在仅 3 亿年的时间里，温暖的碳含量突然增加了五倍——在天文时间尺度上只是一眨眼的功夫。

 

虽然之前的研究表明暖碳在增加，但需要更大的样本——新研究的基础——来提供统计数据，以准确测量这种增长的速度。

 

“这就是我们在这里所做的。因此，我们对这种快速进化提出了两种可能的解释，”戴维斯博士说。

 

第一个是星系周围的碳最初会增加，这仅仅是因为宇宙中有更多的碳。

 

“在第一批恒星和星系形成的时期，很多重元素正在形成，因为在我们有恒星之前我们从未有过碳，”戴维斯博士说。“所以这种快速上升的一个可能原因就是我们看到的是第一代恒星的产物。”

 

然而，该研究还发现证据表明，冷碳的数量在同一时期有所减少。这表明碳的演化可能有两个不同的阶段——在发生再电离时快速上升，然后趋于平缓。

 

再电离时代发生在宇宙“仅”十亿岁时，是大爆炸后宇宙黑暗时代之后灯光重新亮起的时候。

丽贝卡戴维斯，。学分：ASTRO 3D

在此之前，宇宙是一片黑暗、浓密的气体雾。但随着第一批大质量恒星的形成，它们的光开始照耀太空并使宇宙重新电离。这种光可能导致周围气体快速加热，导致本研究中观察到的暖碳增加。

 

再电离研究对于了解第一批恒星何时以及如何形成并开始产生当今存在的元素至关重要。但众所周知，测量非常困难。

 

“戴维斯博士领导的研究建立在智利欧洲南方天文台超大望远镜 (VLT) 250 小时观测期间获得的特殊数据样本之上，”来自意大利研究所的 Valentina D'Odorico 博士说对于天体物理学，观测计划的首席研究员。“这是分配给使用 X-shooter 光谱仪进行的单个项目的最大观察时间。

 

“多亏了 8m VLT，我们可以观察到一些最遥远的类星体，它们充当手电筒，照亮从早期宇宙到地球的路径上的星系。”

 

当类星体光在 130 亿年的宇宙之旅中穿过星系时，一些光子被吸收，在光中形成独特的条形码状图案，可以对其进行分析以确定星系中气体的化学成分和温度.

 

这给出了宇宙发展的历史图景。

 

“这些‘条形码’由 VLT 的 X-Shooter 光谱仪上的探测器捕获，”Davies 博士解释道。“这种仪器将星系光分成不同的波长，就像让光通过棱镜一样，让我们​​能够读取条形码并测量每个星系的特性。”

 

戴维斯博士领导的这项研究捕获了比以往 更多的古代星系条形码。

 

“我们拥有高质量数据的 类星体数量从 12 个增加到 42 个，最终可以对碳密度的演变进行详细而准确的测量，”D'Odorico 博士说。

 

这一重大进展是由 ESO VLT 实现的，ESO VLT 是地球上最先进的望远镜之一，也是澳大利亚的战略合作伙伴。

 

“这项研究提供了一个遗留数据集，在本十年末 3000 万级望远镜上线之前，该数据集不会得到显着改善，”美国 ARC 全天空天体物理学卓越中心首席研究员 Emma Ryan-Weber 教授说。 3 Dimensions (ASTRO 3D) 和该研究的第二作者。“来自更早宇宙的高质量数据将需要使用像智利正在建造的超大型望远镜 (ELT) 这样的望远镜。”

 

天文学家正在使用许多不同类型的数据来构建宇宙的历史。

 

“我们的结果与最近的研究一致，表明星系间空间中的中性氢含量大约在同一时间迅速减少，”戴维斯博士说。

 

“这项研究还为未来使用平方公里阵列 (SKA) 进行调查铺平了道路，该阵列旨在直接检测宇宙历史这一关键阶段中中性氢的排放。”

 

Ryan-Weber 教授说，这项研究是 ASTRO 3D 理解元素从大爆炸到现在演化的使命的核心：“它解决了这个关键目标：生命的基石——在这种情况下是碳——是如何形成的扩散到整个宇宙？

 

“作为人类，我们努力去理解‘我们从哪里来？’ 令人难以置信的是，那些 130 亿年前的碳原子的条形码是在 [...] 地球甚至不存在的时候印在光子上的。那些光子穿越宇宙，进入 VLT，然后然后被用来绘制宇宙演化图。”

编辑：澜澜

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