一幅插图显示了詹姆斯·韦伯太空望远镜正在研究一组矮星系。（图片来源:uux.cn/美国国家航空航天局/欧空局/罗伯特·李）
（神秘的地球uux.cn）据美国太空网（罗伯特·李）：天文学家利用詹姆斯·韦伯太空望远镜（JWST）和阿尔伯特·爱因斯坦100多年前预测的效应发现，早期宇宙中的小星系产生了巨大的冲击力，在不到10亿年的时间里塑造了整个宇宙。
国际研究小组发现，这些星系类似于今天存在的矮星系，在宇宙大爆炸后5亿至9亿年的宇宙演化的关键阶段发挥了至关重要的作用。科学家们说，这些小星系在新生宇宙中的数量也远远超过较大的星系，并补充说，这些领域可能提供了称为宇宙再电离过程所需的大部分能量。宇宙再电离对宇宙的成长和发展至关重要。
“我们真的在谈论整个宇宙的全球性转变，”研究第一作者、巴黎天体物理研究所的天文学家哈基姆·阿泰克告诉Space.com。“最令人惊讶的是这些微弱的小星系拥有如此强大的能量，它们累积的辐射可以改变整个宇宙。”
重大变革背后的微小驱动力
在大爆炸发生约3.8亿年前，在一个被称为重组时代的时期，现在已有138亿年历史的宇宙一直是不透明和黑暗的。这是因为在其致密和超热状态下，自由电子无休止地围绕称为光子的光粒子反弹。
然而，后来在重组时期，宇宙已经膨胀和冷却到足以允许电子与质子结合并产生第一批氢原子，这是宇宙中最轻和最简单的元素。自由电子的消失意味着光子突然可以自由旅行，因此，宇宙的“黑暗时代”结束了。宇宙突然变得对光透明。这种“第一道光”今天可以以宇宙化石的形式看到，宇宙化石均匀地充满了宇宙，称为“宇宙微波背景”或“CMB”。
因为电子和质子具有相等但相反的电荷，所以这些最初的原子是电中性的，但它们很快会经历另一次转变。
4亿年后，第一批恒星和星系形成——然后，在再电离时代，宇宙中的主要元素中性氢转化为带电粒子。这些粒子被称为离子。电离是由电子吸收光子并增加其能量，从原子中挣脱出来引起的。直到现在，科学家们还不确定这种电离辐射来自哪里。
宇宙的演化伴随着宇宙黑暗时代的结束。(图片鸣谢:uux.cn/美国国家航空航天局)
再电离背后的辐射源嫌疑人包括超大质量黑洞，它们以周围吸积盘的气体为食——导致这些区域喷射高能辐射——质量超过10亿个太阳的大星系和质量小于10亿个太阳的小星系。
“实际上，我们已经就这个问题争论了几十年，无论是大质量黑洞还是大质量星系。甚至还有一些奇特的解释，比如暗物质湮灭产生了电离辐射，”Atek说，“最佳候选之一是星系，现在我们已经证明小星系的贡献是巨大的。
“我们没想到小星系会如此高效地产生电离辐射。即使对于正常大小的星系来说，这也比我们预期的高四倍。”
长期以来，确定较小的矮星系是这种电离辐射的主要来源是一项挑战，因为它们非常微弱。
“很难获得这种信息和这些观测结果，但JWST具有红外光谱能力。事实上，我们建造JWST的原因之一是为了了解再电离时代发生了什么，”阿雷克说。
即使有JWST令人印象深刻的红外观测能力，如果没有阿尔伯特·爱因斯坦的帮助，也不可能发现这些矮星系——更具体地说，如果没有他1915年的广义相对论及其预测的光效应的帮助。
阿尔伯特·爱因斯坦伸出援手
广义相对论认为所有有质量的物体都会扭曲时空结构，事实上，时空是一个名为“时空”的单一实体。该理论认为，我们对重力的感知是这种弯曲的结果。一个物体的质量越大，时空的曲率就越“极端”。因此，它的引力效应越强。
这种曲率不仅会告诉行星如何在恒星周围的轨道上运动，进而告诉这些恒星体如何围绕它们所在星系中心的超大质量黑洞运行，而且它还会改变来自恒星的光的路径。
来自背景光源的光在向地球传播时可以在前景物体周围采取不同的路径，并且该路径越靠近质量大的物体，它就越“弯曲”因此，由于前景或“透镜”物体的影响，来自同一物体的光可以在不同的时间到达地球。
一张图显示了来自背景物体的光如何被前景物体弯曲。（图片来源:uux.cn/美国国家航空航天局、欧空局和l .卡尔阿达）
这种透镜效应可以改变天空中背景物体的位置，或者使背景物体出现在同一张天空图像的多个位置。其他时候，来自背景物体的光被放大，因此该物体在天空中被放大。
这种效应被称为“引力透镜效应”，JWST一直在利用它来观察时间之初的古老星系，这在其他情况下是不可能看到的。
为了观察新研究的遥远和早期矮星系，并分析它们发出的光，JWST使用了一个名为Abell 2744的星系团作为引力透镜。“即使对于JWST星系来说，这些小星系也非常微弱，所以我们需要增加引力透镜来放大来自它们的通量，”Atek说。
随着再电离之谜的潜在解决，该团队现在的目标是通过另一个名为“惊鸿一瞥”的JWST项目将这项研究扩展到更大的规模。研究人员将首先尝试确认这项研究中研究的特定位置代表了宇宙中星系的平均分布。
然后，除了研究再电离过程外，Atek和他的同事们将致力于更好地了解第一批星系的形成，这些星系在120亿年的过程中成长为今天的星系。
“到目前为止，我们实际上一直在研究大部分明亮的大质量星系，但它们在早期宇宙中并不十分典型，”Atek总结道。“因此，如果我们想了解第一个星系的形成，我们确实需要了解微小、低质量星系的形成。这也是我们在这个即将到来的计划中努力要做的事情。”
该团队的研究于周三（2月28日）发表在《自然》杂志上。
事件真相：物种界十大活化石，鹦鹉螺5亿年前停止了进化
生物界十大活化石，鹦鹉螺5亿年前停止了进化 地球上的生物种类数之不尽，根据达尔文的进化论，物种是通过遗传、变异和自然选择，从低级到高级，从简单到复杂，种类由少到多地进化着、发展着。但是今天小编为大家介绍的，这几种生物有的已经几亿年没有进化过了。堪称生物界的“活化石”。1、鹦鹉螺：5亿年前停止了进化分布于热带印度洋——西太平洋珊瑚礁水域。鹦鹉螺已经在地球上经历了数亿年的演变，但外形、习性等变化很小，被称作海洋中的“活化石”，在研究生物进化和古生物学等方面有很高的价值。2、鲎：4.5亿年前停止了进化世界上有四种鲎：美洲鲎、蝎鲎、巨鲎与中华鲎(三棘鲎)。体长可达60厘米(包括尾长)，体重3-5千克。体表覆盖有几丁质外骨骼，呈黑褐色。头胸部具发达的马蹄形背甲，通常也被称为马蹄蟹(Horseshoe Crabs)。体近似瓢形，分为头胸、腹和尾三部分。头胸甲宽广，呈半月形，腹面有6对附肢;腹甲较小，略呈六角形，两侧有若干锐棘，下面有6对片状游泳肢，在后5对上面各有一对鳃，用来进行呼吸;尾呈剑状。体为棕褐色。平时钻入海沙内生活，退潮时在沙滩上缓缓步行，雌雄成体常在一起。3、腔棘鱼：4.1亿年前停止了进化腔棘鱼coelacanth，腔棘目(Crossopterygii)一些叶鳍硬骨鱼类的统称。近缘但已绝灭的扇鳍鱼亚目(Rhipidistia)的种类被认为是陆生脊椎动物的祖先。在某些分类系统中，腔棘鱼和扇鳍鱼均被认为隶属总鳍亚纲(Crossopterygii)内之不同目。腔棘鱼最早出现于3.77亿年前衍化形成，当时在地球上极其丰富。腔棘鱼(Coelacanthus)化石发现于二叠纪末期(2.95亿年前)到白垩纪早期(1.44亿年前)。4、螳螂虾：4亿年前停止了进化英文名为Mantis Shrimp(螳螂虾)，属于节肢动物门，甲壳动物亚门，软甲纲，掠虾亚纲，口足目(这个亚纲下面就一个目)。其中除全为化石种类的古虾蛄科(Sculdidae)外，现生种分7个总科。5、天鹅绒虫：3.6亿年前停止了进化天鹅绒虫(Velvet Worm)这些虫状动物演化于三亿年前，特征为足部成对且肥胖。其后裔生存于今日的非洲，亚洲，加勒比海区，以及南美，且为陆地生物。6、皱鳃鲨：3亿年前停止了进化皱鳃鲨(学名：Chlamydoselachus anguineus)又名拟鳗鲛，是鲨鱼中最原始的一种，无亚种分化，有“活化石”之称。身体两侧有六条鳃裂，鳃间隔延长而褶皱，且相互覆盖，所以命名为皱鳃鲨。7、鳄鱼：2.3亿年前停止了进化是迄今发现活着的最早和最原始的动物之一。出现于三叠纪至白垩纪的中生代(约两亿年前)，性情凶猛的脊椎类爬行动物，它和恐龙是同时代的动物，属肉食性动物。公认鳄鱼的品种共23种。8、火星蚂蚁：1.2亿年前停止了进化Martialisheureka蚁被称为“火星蚂蚁”,是迄止发现的所有蚂蚁的最后一个共同祖先，一种地下觅食者(subterraneanforager)的直系后代，它们的这个祖先一直在地下生活，直至1.2亿年前开始进化，才开始了地面上的活动。9、鸭嘴兽：1.1亿年前停止了进化它是未完全进化的哺乳动物，种类极少，同属之中只有鸭嘴兽一种动物，也是最低等的哺乳动物之一;18世纪后期，乔治·肖收到鸭嘴兽标本，以为这种生物是恶作剧的产物，后于1799年命名。鸭嘴兽嘴和脚像鸭子，而身体和尾部像海狸。2500万年前就已出现，至今仍生活在澳大利亚。10、紫蛙：1亿年前停止了进化紫蛙又名西高止山鼻蛙(Purplefrog)自然界中堪称活化石的动物，迄今发现的紫蛙，是在2003年在西印度被发现。专家认为，紫蛙之所以迟迟没被人发现，是因为它们生活于地下，只会在雨季的时候现身两周，其它时间一直过着隐身的生活。
ALMA 观测行星形成的尘埃遗址
PDS 70的伪彩色合成图像。左面板显示了之前在0.87毫米处的ALMA观测结果，右面板显示了3毫米处的新ALMA观测值。合成图像将毫米/亚毫米连续图像与ALMA（红色）、W.M.Keck天文台的红外连续图像（绿色）和VLT拍摄的氢发射线的光学图像（蓝色）相结合。图像显示，ALMA观测到的尘埃排放在Keck和VLT探测到的行星外形成了环状结构。在3毫米的波长处，可以明显看到粉尘排放集中在西北方向（图像的右上角）。来源：uux.cn/ALMA（ESO/NAOJ/NRAO），W.M.Keck天文台，VLT（ESO），K.Doi（MPIA）（神秘的地球uux.cn）据ALMA望远镜：阿塔卡马大型毫米/亚毫米阵列（ALMA）通过在刚刚形成的行星轨道外检测到高浓度的尘埃颗粒（一种行星形成材料），成功地观测到了行星形成的地点。由Kiyoaki Doi领导的一个国际研究小组，当时是日本国家天文台（NAOJ）/高级研究生大学SOKENDAI的博士生，目前是马克斯·普朗克天文学研究所的博士后，用ALMA对一颗名为PDS 70的年轻恒星周围的原行星盘进行了3毫米波长的高分辨率观测。该天体拥有两颗已知的行星，新的ALMA观测揭示了行星轨道外尘埃颗粒的局部积聚。这一发现表明，已经形成的行星为行星积累了物质，并促进了下一颗行星的潜在形成。这项工作有助于揭示由多个行星组成的行星系统的形成过程，如太阳系。这篇题为“ALMA波段3观测揭示的PDS 70盘的不对称尘埃积聚”的文章已被《天体物理学杂志快报》接受发表。它可以在arXiv预印本服务器上找到。迄今为止，已经在太阳系内外发现了5000多颗行星。在某些情况下，它们组成了由多个行星组成的行星系统。这些行星被认为起源于围绕年轻恒星的原行星盘中的微米级尘埃颗粒。然而，这些尘埃颗粒是如何在局部积累并导致行星系统形成的，目前尚不清楚。PDS 70是唯一已知的在原行星盘内具有已形成行星的天体，这一点已通过光学和红外观测得到证实。揭示该天体中尘埃颗粒的分布将有助于深入了解已经形成的行星如何与周围的原行星盘相互作用，并可能影响随后的行星形成。之前对0.87毫米ALMA的观测揭示了行星轨道外尘埃颗粒的环形排放。然而，发射源可能在光学上很厚（不透明，近侧的灰尘颗粒会遮挡后面的灰尘颗粒），观察到的发射分布可能无法准确反映灰尘颗粒的分布。由Kiyoaki Doi领导的研究人员使用ALMA在3mm波长下对PDS 70周围的原行星盘进行了高分辨率观测。3mm处的观测值在光学上更薄（更透明），从而更可靠地提供了尘埃颗粒的分布。3毫米的新观测结果显示，与之前的0.87毫米观测结果不同，尘埃排放集中在行星外尘埃环内的特定方向。这表明，尘埃颗粒是行星的组成部分，在狭窄的区域积聚并形成局部团块。行星外的尘埃团表明，已经形成的行星与周围的星盘相互作用，将尘埃颗粒集中在轨道外缘的一个狭窄区域。这些聚集的尘埃颗粒被认为会生长成一颗新行星。行星系统的形成，就像太阳系一样，可以通过重复这个过程从内到外依次形成行星来解释。这项工作通过观测捕捉了已经形成的行星如何与周围环境相互作用并触发下一颗行星的形成，有助于我们理解行星系统的形成。领导这项工作的Kiyoaki Doi说：“天体由多个组件组成，每个组件都发射不同波长的辐射。因此，在多个波长下观察同一物体可以提供对目标的独特视角。“在PDS 70中，行星是在光学和红外波长下发现的，而原行星盘是在毫米波长下观察到的。这项工作表明，即使在ALMA的观测波长范围内，星盘也表现出不同的形态。“这突显了跨不同波长观测的重要性，包括使用ALMA进行多波长观测。使用不同望远镜在不同观测设置下观测目标的多个组成部分对于全面了解整个系统是必要的。”
