哈勃发现早期星系改造周边环境：再电离时代的关键证据

引言

天文学家利用NASA的哈勃太空望远镜取得了一项意想不到的发现：来自一个存在于大爆炸后仅14亿年的星系MXDFz4.4的紫外线。该星系内聚集着大量年轻恒星，它们产生的电离光能够改变星系内部及周围的透明中性气体，从而为我们提供清晰的视野。这暗示着早期宇宙中类似的星系可能正是清除弥漫宇宙的中性氢雾的功臣。相关论文于2026年6月23日发表在《天体物理学杂志》上。

发现意义

星系MXDFz4.4存在于再电离时代的末期，这是一个宇宙的变革性时期。在宇宙最初的约十亿年里，恒星与星系之间的气体对高能紫外线是不透明的。随着时间的推移，气体逐渐变得透明（即电离化）。这一转变并非如同开关切换，而是持续了数亿年。研究者们仍在收集证据以完全理解其发生过程，而MXDFz4.4则设定了一个关键的先例。

"观测这样的星系曾被认为是不可能的，" 论文第一作者、太空望远镜科学研究所的博士后研究员伊利厄斯·古瓦茨表示。"研究者们原本预期早期宇宙充满的‘雾霾’（中性氢）会过于稠密，遮挡住星系电离光的视线。哈勃不仅探测到了那种光，还揭示了星系特性的惊人细节。

强大的‘光逃逸’

年轻大质量恒星发出的紫外线能够电离氢原子。当这些光经过超过120亿年的旅程到达哈勃时，宇宙膨胀使光波被拉伸（红移）至可见光波段。哈勃的波长覆盖范围，结合其在太空中的灵敏度和分辨率，使其成为唯一能够捕捉来自早期宇宙这种紫外线的望远镜。

"天文学家已经发现了许多存在于宇宙历史这个时期的星系，但我们从未探测到其中任何一个的电离光子，这使得MXDFz4.4成为独一无二的存在，" 哈勃代理任务负责人、论文合著者马克·拉法尔斯基说。

哈勃的长时间曝光图像来自几个现有巡天项目，揭示了该星系年轻大质量恒星是紫外线的来源，它们清除了周围空间。这些恒星形成于MXDFz4.4存在最后几百万年内的爆发中，且紧密聚集在一起。

增强这种聚集效应的是，MXDFz4.4的面积约为银河系的百分之一，但恒星形成速率却是后者的10倍。"大量年轻、炽热、大质量恒星挤在狭小空间里，能更有效地轰穿不透明气体，" 古瓦茨解释道。研究者估计，这些年轻恒星产生的能量电离光有50%至100%逃逸出了周围气体。大质量恒星寿命短暂（只有几百万年），许多会爆炸成超新星，释放巨大能量并吹出巨大空洞，让更多光线逃逸。

与其他天文台合作

哈勃无法单独完成这项工作。这些结论得到了NASA詹姆斯·韦伯太空望远镜近红外巡天数据以及欧洲南方天文台甚大望远镜（VLT）可见光MUSE极深场数据（该星系即以此命名）的支持。

研究团队利用韦伯的数据确定了星系的质量，分析了其老年恒星，并测量了星系的恒星形成历史。星系中的老年恒星质量较小、温度较低，因此不是改变周围气体的原因。对比哈勃和韦伯的数据还显示，最近的恒星形成是以爆发形式发生的。

"没有韦伯来阐明哈勃图像中的内容，我们无法得出这些结论，" 拉法尔斯基说。

VLT的数据则精确定位了MXDFz4.4的存在时间：大爆炸后14亿年。在此发现之前，研究者们只识别出一个在宇宙年龄16亿年时发出电离光的星系。此外只发现了少数几个例子，它们存在于宇宙大约20亿岁时。MXDFz4.4使研究者距离得出关于再电离时代如何展开的确切结论更近了一步。

扩大我们的认知

研究再电离时代是一项持续数十年的工作。研究者使用邻近星系（可详细观测）恒星群体的统计数据，对早期星系可能的情况做出合理假设，部分原因是那些星系的恒星过于遥远，无法分辨细节。

2023年，利用韦伯的研究表明，大爆炸后9亿年，星系的恒星发出的光足以加热并电离周围气体。这是一个突破，但天文学家需要像MXDFz4.4这样的星系才能完全解释这一过程，因为它展示了年轻恒星的高能光如何从星系内部的尘埃和气体中逃逸。

可能还有其他类似MXDFz4.4的星系等待被发现。"哈勃对MXDFz4.4的观测让我们能够在比以往任何时候都更接近再电离时代的时间点检验我们的假设，" 拉法尔斯基说。"找到更多的星系，尤其是在稍晚的宇宙时期（那里样本更大），将使我们能够完善这些测量，并弄清是什么清除了我们的视野，使那个时代走向终结。"

未来展望

这项发现不仅为再电离机制提供了直接证据，还展示了哈勃即使在韦伯等更先进望远镜的辅助下，依然具有不可替代的独特能力。未来，结合多波段巡天，天文学家有望系统性地发现更多此类星系，从而绘制出宇宙变透明的完整图景。

论文信息

论文《MXDFz4.4: A LyC Emitter 250 Myr after the Epoch of Reionization and a First Test of Lyα Morphology as a Tracer of LyC Escape at High Redshift》于2026年6月23日发表在《天体物理学杂志》上，DOI: 10.3847/1538-4357/ae75b0。

原标题：Hubble details early galaxy transforming neighborhood 1.4 billion years after Big Bang。 来源：phys.org。

阅读原文