这位艺术家的概念展示了宇宙在不到十亿年时的样子，大约是现在年龄的7%。恒星形成贪婪地消耗了原始氢，以前所未有的速度大量产生无数恒星。美国国家航空航天局的Nancy Grace Roman太空望远镜将回顾宇宙的早期阶段，以了解它是如何从不透明过渡到我们今天看到的灿烂星空的。图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局和A.Schaller（代表STScI）

（蜘蛛网eeook.com）据美国宇航局（Ashley Balzer）：今天，巨大的空间是清晰的，但情况并非总是如此。在早期，宇宙充满了“雾”，使其不透明，掩盖了第一批恒星和星系。美国国家航空航天局即将推出的南希・格雷斯罗马太空望远镜将探测宇宙随后向我们今天看到的灿烂星空的转变――一个被称为宇宙黎明的时代。

美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心的天体物理学家Michelle Thaller说：“在此期间，宇宙性质发生了非常根本的变化。”。“多亏了罗曼巨大而清晰的红外视野，我们可能最终会弄清楚在一个关键的宇宙转折点发生了什么。”

宇宙诞生后不久，就是一个充满粒子和辐射的灼热海洋。随着宇宙的膨胀和冷却，带正电的质子能够捕获带负电的电子，形成中性原子（主要是氢，加上一些氦）。这对原子最终会变成的恒星和星系来说是个好消息，但对光来说是个坏消息！

气态氢和氦可能需要很长时间才能聚集成恒星，然后恒星被引力聚集在一起形成第一个星系。但即使恒星开始发光，它们的光在撞击并被中性原子吸收之前也无法传播很远。这一时期被称为宇宙黑暗时代，在大爆炸后约38万至2亿年。

然后，在接下来的数亿年里，随着越来越多的中性原子分裂，雾慢慢消散：这一时期被称为宇宙黎明。

巴尔的摩太空望远镜科学研究所的Giacconi研究员Aaron Yung说：“我们对这一过程是如何发生的非常好奇。”他正在帮助计划Roman的早期宇宙观测。“罗曼对深空的开阔、清晰的视野将帮助我们权衡不同的解释。”

这可能是早期星系在很大程度上要为分裂中性原子的高能光负责。第一个黑洞也可能发挥了作用。罗曼将广泛调查这两个可能的罪犯。

加利福尼亚州帕萨迪纳市加州理工学院/IPAC的助理科学家Takahiro Morishita研究了宇宙黎明，他说：“Roman将擅长寻找后来形成的星系团等宇宙结构的构建块。”。“它将迅速确定最密集的区域，在那里更多的‘雾’正在被清除，使Roman成为探测早期星系演化和宇宙黎明的关键任务。”

最早的恒星可能与现代恒星截然不同。当引力开始将物质拉到一起时，宇宙非常稠密。恒星的质量可能比太阳大数百或数千倍，并发出大量高能辐射。引力将年轻的恒星聚集在一起形成星系，它们的累积爆炸可能再次剥夺了它们周围空间气泡中质子的电子。

“你可以称之为宇宙之初的聚会，”Thaller说。“我们从未见过第一批恒星和星系的诞生，但它一定很壮观！”

但这些重量级明星的寿命很短。科学家们认为，它们很快就会坍塌，留下黑洞――这些物体具有如此极端的引力，以至于连光都无法逃脱它们的控制。由于年轻的宇宙也较小，因为它没有膨胀很长时间，成群的黑洞可能会合并形成更大的黑洞――质量高达太阳的数百万甚至数十亿倍。

超大质量黑洞可能有助于清除早期宇宙中弥漫的氢雾。在落入活动星系（称为类星体）的明亮中心之前，围绕黑洞旋转的热物质会产生极端温度，并发出巨大而明亮的强辐射射流。这些喷流可以延伸数十万光年，从其路径上的任何原子中撕裂电子。

美国国家航空航天局的詹姆斯・韦伯太空望远镜也在探索宇宙黎明，利用其更窄但更深入的视野来研究早期宇宙。通过将韦伯的观测结果与罗曼的观测结果结合起来，科学家们将对这个时代有一个更完整的了解。

到目前为止，鉴于其预期的稀有性和韦伯的小视场，韦伯发现的类星体比预期的要多。Roman的缩小视图将有助于天文学家通过观察类星体的真实普遍程度来了解发生了什么，与Webb可能发现的少数类星体相比，可能会发现数万个类星体。

詹姆斯・韦伯太空望远镜的这张照片包含了2万多个星系。研究人员分析了大爆炸后约9亿年存在的117个星系。他们专注于位于类星体J0100+2802前方的59个星系，这是一个活跃的超大质量黑洞，就像一个灯塔，位于上图的中心，看起来很小，呈粉红色，有六个突出的衍射尖峰。该团队研究了星系本身和周围被类星体明亮的光线照亮的气体。这一观测揭示了早期星系是如何清除周围的“迷雾”的，最终形成了今天清晰而广阔的视野。图像：uux.cn美国国家航空航天局、欧洲航天局、加拿大航天局、Simon Lilly（苏黎世联邦理工学院）、Daichi Kashino（名古屋大学）、Jorryt Matthee（苏黎世联邦物理学院）、Christina Eilers（麻省理工院）、Rob Simcoe（MIT）、Rongmon Bordoloi（NCSU）、Ruari Mackenzie（苏黎世联邦科学院）；图像处理：Alyssa Pagan（STScI），Ruari Macken

“有了更强的统计样本，天文学家将能够测试受韦伯观测启发的各种理论，”Yung说。

用罗曼的开阔视野回顾宇宙最初的几亿年，也将有助于科学家确定某种类型的星系（如质量更大的星系）是否在清除迷雾方面发挥了更大的作用。

“可能是年轻的星系开始了这一过程，然后类星体完成了这项工作，”Yung说。看到雾中雕刻出的气泡的大小将为科学家们提供一条重要线索。“星系会在它们周围产生巨大的气泡团，而类星体会产生巨大的球形气泡团。我们需要像罗曼那样的大视场来测量它们的范围，因为在任何一种情况下，它们的宽度都可能高达数百万光年，通常比韦伯的视场大。”

Roman将与Webb携手合作，提供有关星系如何由曾经充满宇宙的原始气体形成的线索，以及它们的中心超大质量黑洞如何影响星系和恒星的形成。这些观测将有助于揭示照亮我们宇宙并最终使地球上的生命成为可能的宇宙黎明。

Nancy Grace Roman太空望远镜由美国国家航空航天局位于马里兰州格林贝尔特的戈达德太空飞行中心管理，参与方包括美国国家航空宇航局喷气推进实验室和南加州加州理工学院/IPAC、巴尔的摩太空望远镜科学研究所，以及一个由来自各研究机构的科学家组成的科学团队。主要的工业合作伙伴是位于科罗拉多州博尔德的BAE系统公司；纽约罗切斯特的L3哈里斯技术公司；加利福尼亚州千橡市的Teledyne科学与成像公司。

作者：阿什利・巴尔泽

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心，马里兰州格林贝尔特。