微小星系可能让宇宙走出黑暗时代

距地球 4200 万光年，位于室女座的 Pox 186 星系。这是一个简单的星系，几乎没有什么装饰，只不过是一群恒星和一串气体在后面流动。它也很小，重量比我们银河系的风车轻十万倍。

但 Pox 186 的适中尺寸是其非凡特性的关键。最近的一项天文调查显示，它基本上已经自我爆炸，脱落了覆盖大多数星系的分子罩，让几乎所有光线都流入周围环境。如果 Pox 186 的爆炸性“爆炸”行为对于这种类型的星系来说是正常的，那么它可以帮助宇宙学家理解大约 130 亿年前结束所谓“黑暗时代”的宇宙转变。

“这是我们第一次观察到这样的现象，”前天文学家、最近刚从明尼苏达大学毕业、这项研究的主要作者内森·埃根 (Nathan Eggen) 说。“至少，这证明了‘吹走’是可能的。”

宇宙黑暗时代

大爆炸之后的数十万年里，宇宙与现在完全不同。当时宇宙一片漆黑。几乎没有恒星和星系照亮虚空。宇宙中充满的物质也完全不同。

我们认为星系之间的空间是空的，而且大部分空间也确实如此，除了少量的电子和质子。这些粒子共同构成了天文学家所称的电离（即带电）气体或等离子体，这种气体弥漫在整个宇宙中。

但这种等离子体并非永远存在。它曾经是一种氢原子的中性气体，随着早期恒星的点燃，它们发出的能量更高的光线将氢原子炸成碎片，形成了如今遍布星系际空间的质子和电子。天文学家将这一事件称为“再电离时代”，因为它将宇宙恢复到更早（大爆炸后）的电离状态。

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问题是，哪些恒星冲破了宇宙氢雾？是一些巨型星系冲破了迷雾？还是无数微型星系共同作用，使整个宇宙重新电离？ 天文学家无法直接寻找古老的再电离媒介，因为氢气阻挡了高能光，而高能光可以清除氢气，阻止其到达我们。相反，一些研究人员寻找附近的星系，这些星系可能与遥远的前身有类似的行为。

“它们可以用作研究遥远星系的当地实验室，”与埃根合作的明尼苏达天体物理研究所天文学教授克劳迪娅·斯卡拉塔 (Claudia Scarlata) 说。

不含氢的星系

Pox 186 就是这样一个星系。它于 20 世纪 80 年代被发现，天文学家花了几十年时间争论它是如何形成的。作为调查的一部分，研究人员寻找了该星系的中性氢，按质量计算，中性氢占大多数星系的大部分。Pox 186 似乎没有。

埃根说道：“我们看得越多，就越觉得有趣。”

正是在那时，他、斯卡拉塔和他们的同事们参与了进来。他们在智利的双子座南望远镜上获得了观测时间，并在 2018 年的两个晚上将其对准 Pox 186 大约一个半小时。他们的计划是观察两种氧气（可用于探测氢的密度），并利用它们来确定氢的位置。

一种氧气比预期的要弱，但另一种氧气却发出了信号，天文学家称之为“轰鸣”。这种明亮的氧气不仅有一种颜色，而且有一系列的波长，这表明它的光因运动而扭曲。至少有一部分氧气似乎在泪珠上。

“它的移动速度几乎是逃离星系所需速度的十倍，”埃根说。一些气体“几乎肯定会完全离开星系”。

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Eggen 和 Scarlata 强调，他们不能确定 Pox 186 中发生了什么。气流是许多不同类型的原子在截然不同的温度下相互作用的混乱混合物，而他们只观察了一种氧气。

但如果流动的氧气没有误导他们，它就暗示了 Pox 186 中缺失氢的命运。剧烈的恒星形成（后来导致恒星以爆炸性——和驱逐性——超新星的形式死亡）引发的剧烈外流将其全部清除。

斯卡拉塔说：“看到小星系基本上可以自我爆裂，这有点令人惊讶。”

研究人员上周在《天体物理学杂志》上发表了他们对 Pox 186 的新描绘。

再电离的微型主力

Pox 186 的氢气爆发强化了宇宙整体如何融化氢气的理论。大型星系将光线倾泻到太空，但它们的引力也将附近的氢拉近，因此它们最强的光线无法到达足够远的地方来分解星系之间的氢。

但如果早期宇宙中充斥着像 Pox 186 这样的婴儿星系，一切可能都会顺利。它们强大的外流会清除掉自己的氢（克服它们微弱的引力），基本上它们所有的高能光都会逃逸到太空中，并破坏那里的氢。

接下来，斯卡拉塔期待着詹姆斯·韦伯太空望远镜于秋季发射，该望远镜旨在统计早期宇宙的星系数量。这次普查将检查 Pox 186 类似星系是否存在足够多的数量，以释放出使宇宙重新电离所需的能量。迄今为止，它们还没有出现在调查中，部分原因是暗淡的微型星系最难被发现。

但如果它们真的出现，Pox 186 的行为表明这些勇敢的星系可能已经改变了整个宇宙。“山必须一点一点地长大，”Eggens 说。