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韦布望远镜最近盯着一小片天空数星系,数着数着,星系没了。这片天区只有3个满月那么

韦布望远镜最近盯着一小片天空数星系,数着数着,星系没了。

这片天区只有3个满月那么大。天文学家在这片天区里逐个登记了数千个天体的光谱,发现一个规律:越往远处,星系越稀少,而到了对应大爆炸后1.5亿到2亿年的深度,数量陡然下跌。这项结果发表在《皇家天文学会月刊》上。

看得越远,看到的就是越早的宇宙,光从那些星系跑到地球要一百多亿年,望远镜里的画面就是一百多亿年前的样子。数量陡降的含义很直接:再往前,宇宙里几乎没有星系可看了。天文学家可能正摸到一个传说中的时刻,宇宙黎明,也就是第一批星系点亮的瞬间。

在那之前,宇宙是黑的。大爆炸之后,宇宙一边膨胀一边降温,氢原子形成了,但它们只是飘着的气体,不发光。整个宇宙就这么黑了上亿年。

打破黑暗的是引力。气体云在暗物质的引力坑里越积越多,越压越热,热到临界点,氢核聚变点火,第一代恒星亮了。

韦布已经拍到了一些极早期的星系。它们小得可怜,直径只有六七十光年,放到今天,规模只够给银河系当一个球状星团,就是那种几十万颗恒星挤成一团的小集体。但小归小,它们造恒星的速度是银河系的20倍,正处在火力全开的年纪。

天文学家真正想抓的,是藏在这些星系里的第一代恒星,行话叫第三星族星。判断标准很干脆:纯氢加氦,不含任何重元素。因为重元素全是恒星内部造出来的,宇宙刚开张时只有氢和氦,谁身上干净,谁就是第一批。

麻烦在于,这批恒星里的大块头只能活500万年左右,随后爆炸,把自己造出的重元素撒进周围气体。第一代恒星一死,就把干净的证据污染了。它们亲手抹掉自己存在过的痕迹。

目前有三条路破案。第一条,直接找化学上纯净的星系,难点是你必须证明它的光谱里完全没有氧的踪迹,而证明没有,向来比证明有难得多。第二条就是这次巡天的办法:统计星系数量随距离怎样下降,下降突然变陡的位置就是黎明所在。与之互补的还有追踪重元素含量随距离的下降,这条路最有希望,只是需要的光谱数据比现在多得多。

第三条最特别,改听电波。中性氢原子会发出一种波长21厘米的微弱射电信号。第一批星光加热周围气体云时,气体的温度和状态发生变化,这道21厘米信号的强度随之改变,在更遥远的宇宙微波背景辐射上留下吸收痕迹,相当于宇宙天亮那一刻的体温记录。正在澳大利亚西部建设的平方公里阵列射电望远镜(SKA)有机会捕捉到它。

寻找宇宙黎明,其实是在找第一批元素工厂开机的时间。你身体里的碳、骨头里的钙、血液里的铁,都是恒星核聚变的产物,而这条化学链的第一环,就扣在宇宙黎明:第一代恒星爆炸,重元素撒进气体云,气体云孕育下一代恒星和行星,行星上才谈得上生命。

主导这项研究的伦敦大学学院天文学家理查德·埃利斯(Richard Ellis),1968年入行时还在用照相底片,当时能看到的最远天体,对应宇宙三分之一的年龄。58年后,他把视线推到了宇宙只有2亿岁的时候。

韦布望远镜正站在那条化学链的尽头往回看,而它看到的星系数量正在急剧减少。

再往前一步,就是黑暗。

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图为宇宙学家迄今观测过的一些最早期星系,图源:ESA/Hubble, NASA, HST Frontier Fields

信源:Dorminey, Bruce. "On the hunt for cosmic dawn and the universe's very first stars." phys.org, 11 June 2026