宇宙失蹤氫之謎

天文學(xué)家十年攻堅(jiān)，首次大規(guī)?！包c(diǎn)亮”早期宇宙的隱形氫氣暈

關(guān)鍵突破速覽

• ? 已知萊曼α星云數(shù)量暴增：3000 → 33000+（+1000%）
• ? 覆蓋宇宙年齡僅10–120億年（紅移 z ≈ 2–3）的“宇宙正午”黃金期
• ? 首次系統(tǒng)揭示中等尺度氫暈——填補(bǔ)觀測(cè)空白的“缺失一環(huán)”
• ? 暈結(jié)構(gòu)跨度達(dá)數(shù)萬至數(shù)十萬光年，形態(tài)如“太空變形蟲”

氫是宇宙中含量最豐富的元素，在宇宙系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和演化中起著基礎(chǔ)性作用。它主要形成于大爆炸時(shí)期，以從中性原子氣體到電離等離子體等多種狀態(tài)存在于整個(gè)宇宙空間。圖片來源：Shutterstock

為什么氫“失蹤”了？

氫氣本身不發(fā)光——它像宇宙中的“透明幽靈”。只有當(dāng)被鄰近星系強(qiáng)烈的紫外線照射時(shí)，才會(huì)發(fā)出特定波長(zhǎng)的萊曼α輝光（121.6納米）。這種信號(hào)極其微弱，需超大口徑望遠(yuǎn)鏡+超長(zhǎng)時(shí)間曝光才能捕獲。

一項(xiàng)針對(duì)早期宇宙的大規(guī)模新調(diào)查極大地?cái)U(kuò)充了已知的年輕星系周圍氫氣暈的數(shù)量，揭示出這些結(jié)構(gòu)比之前認(rèn)為的要普遍和多樣得多。

HETDEX：暗能量實(shí)驗(yàn)意外解鎖氫宇宙

霍比埃伯利望遠(yuǎn)鏡暗能量實(shí)驗(yàn)（HETDEX）本為繪制百萬星系圖譜研究暗能量，卻因超高通量光譜能力（單次觀測(cè)生成10萬條光譜）與超廣域巡天覆蓋（>2000滿月天區(qū)），成為探測(cè)彌散氫暈的“神級(jí)副產(chǎn)品”。

天文學(xué)家通過分析霍比埃伯利望遠(yuǎn)鏡暗能量實(shí)驗(yàn)（HETDEX）的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)了數(shù)萬個(gè)巨大的氫氣暈——被稱為萊曼α星云——它們圍繞著100億到120億年前存在的星系。

宇宙正午：恒星誕生的巔峰時(shí)刻

這個(gè)被稱為宇宙正午的時(shí)期，標(biāo)志著星系以峰值速率形成恒星的階段。維持這種增長(zhǎng)需要大量氫氣供應(yīng)，而氫氣是恒星形成的主要成分。然而，直到最近，人們只探測(cè)到少數(shù)這樣的暈。

《天體物理學(xué)雜志》發(fā)表的一項(xiàng)研究現(xiàn)已將已知的這類暈的數(shù)量增加了十倍，從約3000個(gè)增至33000多個(gè)。這一發(fā)現(xiàn)表明，此類結(jié)構(gòu)很常見而非罕見。它還擴(kuò)大了觀測(cè)到的尺寸范圍，為研究人員提供了更完整的數(shù)據(jù)集，以研究早期星系是如何形成和演化的。

科學(xué)家說

艾琳·門圖奇·庫珀（HETDEX數(shù)據(jù)經(jīng)理、該研究主要作者）：

“過去20年左右的時(shí)間里，我們一直在分析為數(shù)不多的同一批天體。HETDEX讓我們能找到更多這樣的暈，并測(cè)量它們的形狀和大小。它確實(shí)讓我們得以創(chuàng)建一個(gè)令人驚嘆的統(tǒng)計(jì)目錄?！?/p>

填充缺失的結(jié)構(gòu)

早期的調(diào)查檢測(cè)到了其中一些暈，但只有最亮和最極端的例子。同時(shí)，對(duì)早期星系的詳細(xì)觀測(cè)往往聚焦得過于緊密，以至于錯(cuò)過了最小周邊區(qū)域之外的任何東西。因此，中等大小的暈在很大程度上被忽視了。

HETDEX目前正幫助填補(bǔ)這一空白。該項(xiàng)目利用麥克唐納天文臺(tái)的霍比埃伯利望遠(yuǎn)鏡，繪制超過一百萬星系的圖譜，以更好地理解暗能量。我們已捕獲近半PB的數(shù)據(jù)，不僅涵蓋這些星系，還包括它們之間的區(qū)域，HETDEX首席研究員、得克薩斯大學(xué)奧斯汀分校天文學(xué)系主任、該論文合著者卡爾·格布哈特表示。我們的觀測(cè)覆蓋了天空中超過2000個(gè)滿月大小的區(qū)域，范圍巨大且前所未有。

在HobbyEberly望遠(yuǎn)鏡暗能量實(shí)驗(yàn)（HETDEX）的數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)的一個(gè)巨大氫氣暈，疊加在詹姆斯韋伯太空望遠(yuǎn)鏡（JWST）深度成像中看到的其位置上。該系統(tǒng)存在于113億年前，它的光芒來自其內(nèi)部眾多星系的組合光，最亮區(qū)域用紅色表示。利用HETDEX的數(shù)據(jù)，天文學(xué)家將已知的這類光暈數(shù)量增加了十倍以上——從大約3000個(gè)增加到33000多個(gè)。圖片來源：NASA、ESA、CSA、STScI。

霍比埃伯利望遠(yuǎn)鏡是世界上最大的望遠(yuǎn)鏡之一，德克薩斯大學(xué)奧斯汀分校的博士后研究員、HETDEX科學(xué)家兼該研究的合著者達(dá)斯汀·戴維斯補(bǔ)充道。而且HETDEX使用的儀器每次觀測(cè)能產(chǎn)生10萬條光譜。因此，我們擁有海量數(shù)據(jù)，還有各種各樣有趣、新奇、怪異的事物等著我們?nèi)グl(fā)現(xiàn)。

這些新發(fā)現(xiàn)的光暈直徑從數(shù)萬到數(shù)十萬光年不等。有些呈現(xiàn)為圍繞單個(gè)星系的簡(jiǎn)單橄欖球形云團(tuán)，而另一些則是包含多個(gè)星系的大型不規(guī)則結(jié)構(gòu)。那些是有趣的案例，MentuchCooper說。它們看起來像帶有觸手延伸至太空的巨型變形蟲。

如何定位33000+個(gè)氫暈？

• 從HETDEX已識(shí)別出的160多萬個(gè)早期星系中篩選出70000個(gè)最明亮樣本
• 利用得克薩斯高級(jí)計(jì)算中心超級(jí)計(jì)算機(jī)，逐個(gè)分析氫暈特征信號(hào)
• 特征識(shí)別：致密氫中心 + 彌散外層云團(tuán)（萊曼α發(fā)射輪廓）
• 結(jié)果：近一半星系具此結(jié)構(gòu)；實(shí)際比例或更高（暗星系未完全顯現(xiàn)）

該團(tuán)隊(duì)期望這個(gè)擴(kuò)充后的目錄能支持對(duì)早期宇宙的進(jìn)一步研究，包括宇宙結(jié)構(gòu)如何形成、物質(zhì)如何分布以及星系如何運(yùn)動(dòng)和相互作用。目前已識(shí)別出超過33000個(gè)暈，研究人員可以將重點(diǎn)從尋找這些天體轉(zhuǎn)向?qū)λ鼈冞M(jìn)行詳細(xì)研究。

戴維斯解釋道：關(guān)于這個(gè)時(shí)期的星系，有多種模型大體上是有效的，也似乎合理，但仍存在一些漏洞和不足?，F(xiàn)在我們可以聚焦于單個(gè)暈，更詳細(xì)地了解正在發(fā)生的物理過程和機(jī)制。然后我們可以修正或摒棄這些模型，再嘗試新的。

參考文獻(xiàn)

《跨越宇宙正午的Lyα?xí)炁cblob之間最大規(guī)模的統(tǒng)計(jì)普查》，作者：艾琳門圖奇庫珀、卡爾格布哈特、達(dá)斯汀戴維斯、羅賓恰杜洛、克里斯拜羅爾、劉辰旭、瑪雅H德布斯基、奧斯卡A查韋斯奧爾蒂斯、馬克西米利安法布里修斯、丹尼爾J法羅、史蒂文L芬克爾斯坦、卡里爾格倫沃爾、加里J希爾、瑪雅盧揚(yáng)尼邁耶、布里安娜麥凱、白川真朗、大內(nèi)正美、胡布勒特格靈、唐納德P施耐德、薩拉塔特爾、盧茨維索茨基、格雷戈里蔡曼、翟賽，《天體物理學(xué)雜志》近期，DOI 10.3847/1538-4357/ae44f3

相關(guān)知識(shí)

宇宙是時(shí)間、空間及其中所有物質(zhì)與能量的總和，包含星系、恒星、行星、暗物質(zhì)等。主流理論認(rèn)為它起源于約138億年前的大爆炸，隨后不斷膨脹。人類通過望遠(yuǎn)鏡、探測(cè)器等工具探索其奧秘，它的浩瀚與未知始終激發(fā)著我們對(duì)世界本質(zhì)的好奇與探索欲。

BY: University of Texas at Austin

FY: AI

如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán)，請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除

轉(zhuǎn)載還請(qǐng)取得授權(quán)，并注意保持完整性和注明出處

? 版權(quán)所有｜天文科普前沿組 & 零度星系｜2026

翻譯：AI

審核：天文志愿文章組-

終審：天文志愿文章組-零度星系

排版：天文志愿文章組-零度星系

美觀：天文志愿文章組-

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學(xué)名詞

3.原文來自： https://scitechdaily.com/after-decades-of-searching-astronomers-finally-track-down-the-universes-missing-hydrogen/

本文由AI翻譯自文章作者 University of Texas at Austin的作品,如有相關(guān)內(nèi)容侵權(quán),請(qǐng)?jiān)谧髌钒l(fā)布后聯(lián)系作者刪除.

注意： 所有信息數(shù)據(jù)龐大,難免出現(xiàn)錯(cuò)誤,還請(qǐng)各位讀者海涵以及歡迎斧正.

結(jié)束,感謝您的閱讀與關(guān)注

全文排版：天文在線(零度星系)

轉(zhuǎn)載請(qǐng)取得授權(quán),并注意保持完整性和注明出處

浩瀚宇宙無限寬廣 穹蒼之美盡收眼底