臺北市立天文科學教育館

由HETDEX計畫主導的最新觀測數據顯示，在宇宙形成初期，距今約100億至120億年前，超過3萬個星系周圍存在廣闊的氫氣暈結構，即所謂的萊曼α星雲（Lyman-alpha nebulae）。此一發現顯示，當時宇宙中可供星系形成與成長的氣體儲藏量遠較過去估計更為豐富。由於氫氣本身不發光，其探測須依賴鄰近高能天體所釋放的紫外輻射，使氫氣受激發而產生萊曼α輻射，進而被望遠鏡所捕捉，這也使得搜尋宇宙初期星際物質的觀測，在技術上長期面臨挑戰。

圖說：在HETDEX觀測資料庫中發現的一個巨大氫氣暈，並疊加在由韋伯太空望遠鏡拍攝的長景深影像所呈現的對應星系群位置上。此星系群存在於約113億年前，光源則來自多個星系輻射的疊加效應，其中最明亮區域以紅色標示。影像來源：Erin Mentuch Cooper, HETDEX/NASA/ESA/CSA/STScI

過去的巡天計畫雖已發現部分氫氣暈，但受限於儀器靈敏度，多僅能辨識最明亮且極端的案例；另一方面，針對個別早期星系的高解析觀測又常因視野過於狹窄，而無法看清較大尺度的氣體結構，導致中等尺度的氫氣暈長期無法被系統性掌握。本研究透過霍比-埃伯利望遠鏡（HET）的大規模巡天資料，成功填補此一觀測空缺。該計畫已繪製超過100萬個星系的位置分布，並累積近千兆位元組（petabyte）的觀測資料，其觀測範圍相當於逾2,000個滿月大小的天空區域，規模前所未見。

研究團隊自目前辨識出的160萬個早期星系中，選取約7萬個最明亮目標，並結合德州先進運算中心（TACC）的超級電腦進行分析，以搜尋其周圍氫氣暈的存在證據。結果顯示，這些氫氣暈的尺度從數萬至數十萬光年不等，形態亦呈現高度多樣性：部分為包覆單一星系的橢球狀氣體雲，另一些則為包含多個星系、形狀不規則且延展廣泛的巨大結構，甚至呈現類似變形蟲般向外延伸的絲狀分支。

整體而言，此項發現不僅重新界定早期宇宙中氣體分布的規模與結構，也對星系形成理論提供重要數據，顯示在宇宙演化初期，星系周圍的氣體供應可能更為普遍且效率更高，進一步深化我們對宇宙大尺度結構與物質循環過程的理解。（編輯／蔡承穎）

資料來源：Sci News