臺北市立天文科學教育館

根據詹姆斯·韋伯太空望遠鏡的最新觀測資料，宇宙的「再游離」時期結束時間與現有模型產生了衝突。

回顧宇宙的歷史，在大霹靂後的最初38萬年間，宇宙是一個由質子和電子組成的高溫、致密的電漿湯。隨著溫度逐漸降低，質子和電子開始結合，形成中性的氫原子。隨後，宇宙進入了黑暗時期，充滿了冰冷且不發光的中性氫霧。直到大霹靂約1億年後，第一代恆星和星系形成，這些天體釋放出強烈的紫外線，開始大量游離中性氫霧，這一階段稱為宇宙的「再游離」（Reionization）時期。約在大霹靂後十億年，宇宙中的大部分氫霧已被游離，再游離時期也隨之結束。

宇宙的再游離使得宇宙從冰冷、不發光的狀態，再次轉變為充滿電漿的狀態，而此時宇宙已膨脹，電漿物質變得稀薄，成為一個透明的宇宙。第一代恆星和星系的紫外線游離了原本的中性氫霧，讓這些紫外線得以穿透並抵達地球，從而使地球上的觀測者可以通過望遠鏡觀察該時期發生的事件。由於天文學家無法直接觀測宇宙再游離的過程，只能依賴模型來推測其結束時間。這些模型基於兩個間接證據：其一是測量大霹靂餘輝的光量，也就是宇宙微波背景輻射；其二是透過氫原子的吸收譜線，尋找宇宙再游離後遺留下來的氫霧團。這兩項證據幫助天文學家計算在再游離過程中有多少氫被游離，並進而推算出所需的能量。

如今，詹姆斯·韋伯太空望遠鏡對現有模型提出挑戰。韋伯的觀測顯示，第一代恆星和星系所釋放的紫外線輻射比預期更多。若完全相信韋伯的觀測結果，這意味著宇宙再游離在大霹靂後5.5億至6.5億年間就已結束，而非目前估計的10億年。然而，這些結果與宇宙微波背景輻射以及再游離後所觀測到的氫霧團數據並不相符。而且與許多天文學家的預期相反，過去認為第一代恆星和星系的紫外線輻射強度可能並沒有那麼大。

目前，研究人員認為，宇宙再游離期不太可能比預測提前數億年結束。那麼，原因究竟是什麼呢？一種可能的解釋是，游離後的質子和電子會重新結合，迅速恢復成中性氫原子。如果這一過程發生的頻率比現有模型假設的更高，那麼游離整個宇宙所需的紫外線總量可能會增加。未來，天文學家需要對第一代恆星和星系進行更深入的觀測，同時也需要更完整地解釋質子與電子重新結合的頻率。（編輯 / 段皓元）

宇宙再游離的模擬影片：

韋伯望遠鏡與宇宙再游離：

資料來源：MNRAS